(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸上のパワーと最周辺部の子午断面のパワーとが互いに異なる第１レンズと、
前記第１レンズに隣接する第２レンズと、
軸外主光線と光軸とが交わる位置に配置された絞りと、
フォーカシングに際して光軸方向に移動するフォーカスレンズユニットと、
ズーミングに際して前記光軸方向に移動するズームレンズユニットと、を有し、
前記第１レンズと前記第２レンズとの前記光軸方向における間隔の変化により、投射像の像面湾曲を調整することが可能であり、
前記第１レンズの前記光軸上の前記パワーをφ１ａ、前記第２レンズの前記光軸上のパワーをφ２ａ、前記第１レンズの最周辺の前記パワーをφ１ｍ、前記第２レンズの最周辺のパワーをφ２ｍ、前記第１レンズと前記第２レンズとの前記光軸上の合成パワーをφａ、前記絞りから最も拡大共役側のレンズ面頂点までの距離をＬ、前記絞りから前記第１レンズまたは前記第２レンズのうち前記絞りから近いほうのレンズの面頂点までの距離をＡ、前記第１レンズと前記第２レンズとの主点間隔をｅａとするとき、
０．００３（ｍｍ）＜｜(φ１ａ・φ２ａ−φ１ｍ・φ２ｍ）／φａ｜＜０．０４（ｍｍ）
ただし、φａ＝φ１ａ＋φ２ａ−ｅａ・φ１ａ・φ２ａ
０．４＜Ａ／Ｌ＜１．０
なる条件式を満たすことを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
前記第１レンズにおける、前記光軸上の前記パワーの符号と、前記最周辺部の前記パワーの符号とは互いに異な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】
前記第１レンズの少なくとも一方の面は、非球面であることを特徴とする請求項１または２に記載の投射光学系。
【請求項４】
前記第１レンズは、前記投射光学系のうち最も拡大共役側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項５】
前記第１レンズは、前記投射光学系のうち最も拡大共役側のレンズに隣接して、該レンズよりも縮小共役側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項６】
前記第２レンズは、前記投射光学系のうち最も拡大共役側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項７】
前記フォーカスレンズユニットは、前記第１レンズおよび前記第２レンズよりも縮小共役側に配置され、
前記ズームレンズユニットは、前記フォーカスレンズユニットよりも前記縮小共役側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項８】
前記第１レンズおよび前記第２レンズは、前記フォーカスレンズユニットの一部を構成していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項９】
光源からの光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの光を被投射面に導く請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投射光学系と、を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１０】
前記第１レンズと前記第２レンズとの前記間隔の調整を指示するための操作手段と、
前記操作手段の操作に応じて前記第１レンズと前記第２レンズとの前記間隔を調整する位置調整手段と、を更に有することを特徴とする請求項９に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタの投射レンズとして用いられる投射光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、凸や凹、シリンドリカルな曲率を有するスクリーンや、段差のある物体面に投射光を投射する際に、像面湾曲を調整可能な投射光学系が知られている。
【０００３】
特許文献１には、投影スクリーン面の曲率に応じてレンズ群空気間隔を変化させる間隔調整手段を備えた投写レンズが開示されている。特許文献２には、第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間隔を変化させることにより、像面湾曲による像面の湾曲度合いが調整可能なプロジェクタが開示されている。特許文献３には、変倍時に固定で正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、変倍時に移動し変倍作用を担う負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを含むズームレンズが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１９６００９号公報
【特許文献２】特許第５４２８８８５号
【特許文献３】特開２００４−２６４４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の投写レンズでは、レンズ群が球面レンズで構成されているため、レンズ群の光軸上のパワーと周辺部のパワーとの差を大きく異ならせることが困難である。このため、レンズ群の間隔の変化により像面湾曲を大きく変化させることが困難であり、投写レンズの構造も複雑である。特許文献２には、像面湾曲を変化させるための具体的な構成が開示されていない。特許文献３のズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２はいずれも球面レンズであり、また第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が小さいため、大きな像面湾曲変化を得ることは困難である。
【０００６】
そこで本発明は、簡易な構成で、適切な像面湾曲を調整可能な投射光学系および投射型表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての投射光学系は、光軸上のパワーと最周辺部の子午断面のパワーとが互いに異なる第１レンズと、前記第１レンズに隣接する第２レンズと、軸外主光線と光軸とが交わる位置に配置された絞りと、フォーカシングに際して光軸方向に移動するフォーカスレンズユニットと、ズーミングに際して前記光軸方向に移動するズームレンズユニットと、を有し、前記第１レンズと前記第２レンズとの前記光軸方向における間隔の変化により、投射像の像面湾曲を調整することが可能であり、前記投射光学系は所定の条件式を満たす。
【０００８】
本発明の他の側面としての投射型表示装置は、前記投射光学系と、前記第１レンズと前記第２レンズとの前記間隔を変化させる操作手段とを有する。
【０００９】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成で、適切な像面湾曲を調整可能な投射光学系および投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における投射光学系の断面図である。
【図２】実施例１における投射光学系の広角端での像面湾曲収差図である。
【図３】実施例２における投射光学系の断面図である。
【図４】実施例２における投射光学系の広角端での像面湾曲収差図である。
【図５】実施例３における投射光学系の断面図である。
【図６】実施例３における投射光学系の広角端での像面湾曲収差図である。
【図７】実施例４における投射光学系の断面図である。
【図８】実施例４における投射光学系の広角端での像面湾曲収差図である。
【図９】本実施形態における投射型表示装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
本実施形態の投射光学系（結像光学系）は、画像の光を被投射面（スクリーン）に投射する投射光学系であって、例えば被投射面の形状（凹または凸形状など）に応じて、投射像の像面湾曲を調整することが可能である。本実施形態の投射光学系は、光軸上のパワーと最周辺部の子午断面のパワーとが互いに異なる第１レンズと、第１レンズに隣接する第２レンズと、軸外主光線と光軸とが交わる位置に配置された絞りとを有する。第１レンズと第２レンズとの光軸方向における間隔を変化させることにより、投射像の像面湾曲を調整することが可能である。
【００１４】
本実施形態の投射光学系は、以下の条件式（１）、（２）を満たす。
【００１５】
０．００３（ｍｍ）＜｜(φ１ａ・φ２ａ−φ１ｍ・φ２ｍ）／φａ｜＜０．０４（ｍｍ）  …  （１）
０．４＜Ａ／Ｌ＜１．０  …  （２）
条件式（１）において、φ１ａは第１レンズの光軸上のパワー、φ２ａは第２レンズの光軸上のパワー、φ１ｍは第１レンズの最周辺のパワー、φ２ｍは第２レンズの最周辺のパワー、φａは第１レンズと第２レンズとの光軸上の合成パワーである。なお、合成パワーφａは、後述の式（４）のように定義される。条件式（２）において、Ｌは絞りから最も拡大共役側のレンズ面頂点までの距離、Ａは絞りから第１レンズまたは第２レンズのうち絞りから近いほうのレンズの面頂点までの距離である。
【００１６】
条件式（１）の下限を超えると、第１レンズと第２レンズの光軸上のパワーの積と、第１レンズと第２レンズの最周辺のパワーの積との差が、第１レンズと第２レンズの光軸上の合成パワーに対して小さくなり過ぎる。このため、第１レンズと第２レンズとの間隔が一定量だけ変化した場合の光軸上のパワーと最周辺のパワーとの差が小さくなり過ぎる。その結果、小さい像面湾曲の変化しか得ることができないため、好ましくない。
【００１７】
一方、条件式（１）の上限を超えると、第１レンズと第２レンズの光軸上のパワーの積と、第１レンズと第２レンズの最周辺のパワーの積との差が第１レンズと第２レンズの光軸上の合成パワーに対して大きくなり過ぎる。このため、第１レンズと第２レンズとの間隔が一定量だけ変化した場合の光軸上のパワーと最周辺のパワーとの差が大きくなり過ぎる。その結果、像面湾曲収差以外の収差の変化も大きくなるため、好ましくない。
【００１８】
条件式（２）の下限を超えると、第１レンズまたは第２レンズが絞りに近づき過ぎ、軸外主光線の光軸かららの高さが十分取れなくなる。このため、第１レンズと第２レンズとの間隔を変化させて像面湾曲収差を変化させる場合、像面湾曲収差以外の収差が大きく変化してしまうため、好ましくない。なお、条件式（２）の上限は、距離Ｌ、Ａの関係から成立する限界値である。
【００１９】
好ましくは、条件式（１）は、以下の条件式（１ａ）を満たす。
【００２０】
０．００５（ｍｍ）＜｜(φ１ａ・φ２ａ−φ１ｍ・φ２ｍ）／φａ｜＜０．０３（ｍｍ）  …  （１ａ）
より好ましくは、条件式（１）は、以下の条件式（１ｂ）を満たす。
【００２１】
０．００７（ｍｍ）＜｜(φ１ａ・φ２ａ−φ１ｍ・φ２ｍ）／φａ｜＜０．０２（ｍｍ）  …  （１ｂ）
好ましくは、条件式（２）は、以下の条件式（２ａ）を満たす。
【００２２】
０．７＜Ａ／Ｌ＜１．０  …  （２ａ）
より好ましくは、条件式（２）は、以下の条件式（２ｂ）を満たす。
【００２３】
０．８＜Ａ／Ｌ＜１．０  …  （２ｂ）
好ましくは、第１レンズにおける、光軸上のパワーの符号と、最周辺部のパワーの符号とは互いに異なる。また好ましくは、第１レンズの少なくとも一方の面は、非球面である。
【００２４】
以下、本実施形態における投射光学系の具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００２５】
まず、図１および図２を参照して、実施例１における投射光学系について説明する。図１は、本実施例における投射光学系１０ａの断面図である。図２は、投射光学系１０ａの広角端での像面湾曲収差図である。
【００２６】
図１に示されるように、投射光学系１０ａは、拡大共役側から縮小共役側へ順に、非球面レンズＧ１、Ｇ２、および、複数のレンズＧ３〜Ｇ８、絞りＳＰ１、および、複数のレンズＧ９〜Ｇ１６を有する。非球面レンズＧ１（第１レンズ）は、光軸上（光軸ＯＡの上）において負のパワーを有し、子午断面の最周辺において正のパワーを有する。非球面レンズＧ２（第２レンズ）は、光軸上において負のパワーを有し、最周辺における負のパワーが光軸上よりも強い。本実施例において、非球面レンズＧ１は、投射光学系１０ａのうち最も拡大共役側に配置されている。
【００２７】
投射光学系１０ａの各光学要素は、非球面レンズＧ１と非球面レンズＧ２との光軸方向における間隔（レンズ間隔）を可変に保持可能な鏡筒部材（不図示）により保持されている。ユーザがスクリーン上の像の合焦度合いを確認しながら、非球面レンズＧ１と非球面レンズＧ２との間隔を調節することが可能である。投射光学系１０ａは、非球面レンズＧ１を光軸方向に移動させることにより、像面湾曲調整を行うように構成されている。
【００２８】
図２（ａ）は、非球面レンズＧ１と非球面レンズＧ２との間隔を、設計値に対して０．４ｍｍだけ増加させた場合の像面湾曲収差図である。図２（ｂ）は、設計値の像面湾曲収差図である。図２（ｃ）は、非球面レンズＧ１と非球面レンズＧ２との間隔を、設計値に対して０．４ｍｍだけ減少させた場合の像面湾曲収差図である。図２（ａ）〜（ｃ）において、Ｓはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面における像面湾曲収差をそれぞれ示している。これは、後述の各実施例における像面湾曲収差図に関しても同様である。図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、投射光学系１０ａは、±０．４ｍｍという少ないレンズ間隔の変化量により、像面湾曲を大きく変化させることができる。
【００２９】
フォーカシングの際に無限大から至近距離にかけて、負球面レンズＧ４と接合レンズＧ５／６とがそれぞれ異なる移動量で縮小共役側に繰り込まれる。これにより、投影距離の変動による像面湾曲変化を抑制することができる。一方、全系の焦点距離を変化させるズーミングの際に、正屈折力の球面レンズＧ７、Ｇ８、絞りＳＰ１、正屈折力の接合レンズＧ９／１０、負屈折力の接合レンズＧ１１／１２、Ｇ１３／１４、および、正レンズＧ１５がそれぞれ独立に光軸方向に移動する。これにより、ズーミングに伴う収差の変化を抑制することができる。
【００３０】
本実施例において、投射光学系１０ａは、フォーカシングに際して光軸方向に移動するフォーカスレンズユニット（負球面レンズＧ４、接合レンズＧ５／６）を有する。また投射光学系１０ａは、ズーミングに際して光軸方向に移動するズームレンズユニット（レンズＧ７〜Ｇ１５）を有する。フォーカスレンズユニットは、非球面レンズＧ１、Ｇ２よりも縮小共役側に配置されている。ズームレンズユニットは、フォーカスレンズユニットよりも縮小共役側に配置されている。
【実施例２】
【００３１】
次に、図３および図４を参照して、実施例２における投射光学系について説明する。図３は、本実施例における投射光学系１０ｂの断面図である。図４は、投射光学系１０ｂの広角端での像面湾曲収差図である。
【００３２】
図３に示されるように、拡大共役側から縮小共役側へ順に、非球面レンズＧ２１、Ｇ２２、および、複数のレンズＧ２３〜Ｇ２８／２９、絞りＳＰ２、および、複数のレンズＧ３０／３１〜Ｇ３５を有する。非球面レンズＧ２１（第１レンズ）は、光軸上において負のパワーを有し、子午断面の最周辺において正のパワーを有する。非球面レンズＧ２２（第２レンズ）は、光軸上において負のパワーを有し、最周辺における負のパワーが光軸上よりも強い。
【００３３】
投射光学系１０ｂの各光学要素は、非球面レンズＧ２１と非球面レンズＧ２２との間隔（レンズ間隔）を可変に保持可能な鏡筒部材（不図示）により保持されている。ユーザがスクリーン上の像の合焦度合いを確認しながら、非球面レンズＧ２１と非球面レンズＧ２２との間隔を調節することが可能である。投射光学系１０ｂは、非球面レンズＧ２１を光軸方向に移動させることにより、像面湾曲調整を行うように構成されている。
【００３４】
図４（ａ）は、非球面レンズＧ２１と非球面レンズＧ２２との間隔を、設計値に対して０．２ｍｍだけ増加させた場合の像面湾曲収差図である。図４（ｂ）は、設計値の像面湾曲収差図である。図４（ｃ）は、非球面レンズＧ２１と非球面レンズＧ２２との間隔を、設計値に対して０．２ｍｍだけ減少させた場合の像面湾曲収差図である。図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、投射光学系１０ｂは、±０．２ｍｍという少ないレンズ間隔の変化量により、像面湾曲を大きく変化させることができる。
【００３５】
フォーカシングの際に無限大から至近距離にかけて、非球面レンズＧ２１、非球面レンズＧ２２、および、球面レンズＧ２３が一体的に繰り込み方向に移動する。またこのとき、正屈折力の接合レンズＧ２４／２５は、非球面レンズＧ２１、Ｇ２２、および、球面レンズＧ２３と異なる移動量で縮小共役側に繰り込まれる。このように非球面レンズＧ２１、Ｇ２２は、フォーカスレンズユニットの一部を構成している。これにより、投影距離の変動による像面湾曲変化を抑制することができる。一方、全系の焦点距離を変化させるズーミングの際に、正屈折力の球面レンズＧ２６、Ｇ２７、接合レンズＧ２８／２９、絞りＳＰ２、負屈折力の接合レンズＧ３０／３１、Ｇ３２／３３、および、正レンズＧ３４がそれぞれ独立に光軸方向に移動する。これにより、ズーミングにともなう収差の変化を抑制することができる。
【実施例３】
【００３６】
次に、図５および図６を参照して、実施例３における投射光学系について説明する。図５は、本実施例における投射光学系１０ｃの断面図である。図６は、投射光学系１０ｃの広角端での像面湾曲収差図である。
【００３７】
図５に示されるように、投射光学系１０ｃは、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負レンズＧ４１、非球面レンズＧ４２、複数のレンズＧ４３／４４〜Ｇ４８／４９、絞りＳＰ３、および、複数のレンズＧ５０／５１〜Ｇ５５を有する。非球面レンズＧ４２（第１レンズ）は、光軸上において負のパワーを有し、子午断面の最周辺において正のパワーを有する。本実施例において、負レンズＧ４１は投射光学系１０ｃのうち最も拡大共役側に配置された第２レンズに相当する。非球面レンズＧ４２は、投射光学系１０ｃのうち最も拡大共役側のレンズ（負レンズＧ４１）に隣接して、該レンズよりも縮小共役側に配置されている。
【００３８】
投射光学系１０ｃの各光学要素は、負レンズＧ４１と非球面レンズＧ４２との間隔（レンズ間隔）を可変に保持可能な鏡筒部材（不図示）により保持されている。ユーザがスクリーン上の像の合焦度合いを確認しながら、負レンズＧ４１と非球面レンズＧ４２との間隔を調節することが可能である。投射光学系１０ｃは、負レンズＧ４１を光軸方向に移動させることにより、像面湾曲調整を行うように構成されている。
【００３９】
図６（ａ）は、負レンズＧ４１と非球面レンズＧ４２との間隔を、設計値に対して０．２ｍｍだけ増加させた場合の像面湾曲収差図である。図６（ｂ）は、設計値の像面湾曲収差図である。図６（ｃ）は、負レンズＧ４１と非球面レンズＧ４２との間隔を、設計値に対して０．２ｍｍだけ減少させた場合の像面湾曲収差図である。図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、投射光学系１０ｃは、±０．２ｍｍという少ないレンズ間隔の変化量により、像面湾曲を大きく変化させることができる。
【００４０】
フォーカシングの際に無限大から至近距離にかけて、正屈折力の球面レンズＧ４５が繰り込み方向に移動することにより、投影距離の変動による像面湾曲変化を抑制することができる。一方、全系の焦点距離を変化させるズーミングの際に、正屈折力の球面レンズＧ４６、Ｇ４７、負屈折力の接合レンズＧ４８／４９、絞りＳＰ３、負屈折力の接合レンズＧ５０／５１、Ｇ５２／５３、および、正レンズＧ５４がそれぞれ独立に光軸方向に移動する。これにより、ズーミングに伴う収差の変化を抑制することができる。
【実施例４】
【００４１】
次に、図７および図８を参照して、実施例４における投射光学系について説明する。図７は、本実施例における投射光学系１０ｄの断面図である。図８は、投射光学系１０ｄの広角端での像面湾曲収差図である。
【００４２】
図７に示されるように、投射光学系１０ｄは、拡大共役側から縮小共役側へ順に、非球面レンズＧ６１、負レンズＧ６２、複数のレンズＧ６３〜Ｇ６７、絞りＳＰ４、および、複数のレンズＧ６８〜Ｇ７４を有する。非球面レンズＧ６１（第１レンズ）は、拡大共役側の面が非球面であり、光軸上において負のパワーを有し、子午断面の最周辺において正のパワーを有する。本実施例において、負レンズＧ６２は第２レンズに相当する。
【００４３】
投射光学系１０ｄの各光学要素は、非球面レンズＧ６１と負レンズＧ６２との間隔（レンズ間隔）を可変に保持可能な鏡筒部材（不図示）により保持されている。ユーザがスクリーン上の像の合焦度合いを確認しながら、非球面レンズＧ６１と負レンズＧ６２との間隔を調節することが可能である。投射光学系１０ｄは、非球面レンズＧ６１を光軸方向に移動させることにより、像面湾曲調整を行うように構成されている。
【００４４】
図８（ａ）は、非球面レンズＧ６１と負レンズＧ６２との間隔を、設計値に対して０．４ｍｍだけ増加させた場合の像面湾曲収差図である。図８（ｂ）は、設計値の像面湾曲収差図である。図８（ｃ）は、非球面レンズＧ６１と負レンズＧ６２との間隔を、設計値に対して０．４ｍｍだけ減少させた場合の像面湾曲収差図である。図８（ａ）〜（ｃ）に示されるように、投射光学系１０ｄは、±０．４ｍｍという少ないレンズ間隔の変化量により、像面湾曲を大きく変化させることができる。
【００４５】
フォーカシングの際に無限大から至近距離にかけて、負レンズＧ６２と負レンズＧ６３とを一体的に繰り込み方向に移動し、正屈折力の接合レンズＧ６４／６５と正レンズＧ６６とを、負レンズＧ６２、Ｇ６３と異なる移動量で縮小共役側に繰り込む。これにより、投影距離の変動による像面湾曲変化を抑制することができる。なお、本実施例の投射光学系１０ｄは、焦点距離が変化しない単焦点レンズである。
【００４６】
ここで、２つのレンズ（光学素子）の光軸上におけるパワーの積と、２つのレンズの最周辺におけるパワーの積との差の絶対値が大きいほど、２つのレンズの間隔が一定量だけ変化した場合の光軸上と最周辺のパワーの差を大きくすることができる。また、光軸上のパワーと再周辺の子午断面のパワーとの符号が互いに異なるレンズと、そのレンズに隣接するレンズとの間隔を変化させることにより、像面湾曲を大きく変化させることができる。
【００４７】
２つのレンズのうち第１レンズのパワーをφ１、第２レンズのパワーをφ２、２つのレンズの主点間隔をｅとすると、２つのレンズの合成パワーφは、以下の式（３）のように定義される。
【００４８】
φ＝φ１＋φ２−ｅ・φ１・φ２  …  （３）
２つのレンズの主点間隔ｅが一定量だけ変化する場合、式（３）からφ１・φ２の絶対値が大きいほうが合成パワーφの変化が大きくなることがわかる。
【００４９】
ここで、第１レンズの光軸上におけるパワーをφ１ａ、第２レンズの光軸上におけるパワーをφ２ａ、第１レンズと第２レンズとの主点間隔をｅａとすると、光軸上における合成パワーφａは、以下の式（４）のように定義される。
【００５０】
φａ＝φ１ａ＋φ２ａ−ｅａ・φ１ａ・φ２ａ  …  （４）
また、第１レンズの最周辺におけるパワーをφ１ｍ、第２レンズの最周辺におけるパワーをφ２ｍ、第１レンズと第２レンズとの主点間隔をｅｍとすると、最周辺における合成パワーφｍは、以下の式（４）のように定義される。
【００５１】
φｍ＝φ１ｍ＋φ２ｍ−ｅｍ・φ１ｍ・φ２ｍ  …  （５）
２つのレンズの間隔を一定量だけ変化させた場合において、最周辺における合成パワーφｍと光軸上における合成パワーφａとの差は、以下の式（６）のように定義される。
【００５２】
φｍ−φａ＝（φ１ｍ＋φ２ｍ−ｅｍ・φ１ｍ・φ２ｍ）−（（φ１ａ＋φ２ａ）−ｅａ・φ１ａ・φ２ａ）  …  （６）
式（４）〜（６）において、φ１ｍ、φ２ｍ、φ１ａ、φ２ａはそれぞれ固定値であり、２つのレンズの間隔が一定量だけ変化する場合、主点間隔ｅａ、ｅｍの変化量は互いに同一である。このため、｜φ１ａ・φ２ａ−φ１ｍ・φ２ｍ｜の値が大きいほど、光軸上と最周辺のそれぞれの合成パワーの差は大きくなる。
【００５３】
このため、２つのレンズの光軸上におけるパワーの積と、２つのレンズの最周辺におけるパワーの積との差の絶対値が大きいほど、２つのレンズの間隔が一定量だけ変化した場合の光軸上と最周辺のパワーの差を大きくすることができる。特に、２つのレンズの光軸上におけるパワーが互いに同符号であって、２つのレンズの最周辺におけるパワーが互いに異符号である場合、｜φ１ａ・φ２ａ−φ１ｍ・φ２ｍ｜の値を大きくすることができる。それに伴い、２つのレンズの間隔が一定量だけ変化した場合の光軸上と最周辺のパワーの差を大きくすることが可能である。
【００５４】
パワーφ１、φ２の両方が正の場合、−ｅ・φ１・φ２の符号はマイナスとなる。このため、主点間隔ｅが増加すると、合成パワーφの絶対値は減少する。パワーφ１、φ２の両方が負の場合、−ｅ・φ１・φ２の符号はマイナスとなる。このため、主点間隔ｅが増加すると、合成パワーφの絶対値は増加する。パワーφ１、φ２の一方が正、他方が負の場合、−ｅ・φ１・φ２の符号はプラスとなる。このため、合成パワーφが正の場合、主点間隔ｅが増加すると、合成パワーφの絶対値は増加する。一方、合成パワーφが負の場合、主点間隔ｅが増加すると、合成パワーφの絶対値は減少する。
【００５５】
以上のように、各実施例において、一つのレンズの光軸上におけるパワーと最周辺における子午断面のパワーの符号が互いに異なり、例えば光軸上が負、最周辺が正であって、他方の光学群の光軸上および周辺部のパワーが負である。このため、２つの光学群の主点間隔ｅが増加すると、光軸上の合成パワーφの絶対値は増加し、周辺部の合成パワーφの絶対値は増加する。したがって、２つのレンズの主点間隔ｅが増加すると、光軸上の負のパワーが増加し、最周辺の子午断面の正のパワーが増加する。その結果、光軸上の負パワーの増加と最周辺の正のパワーの増加との差が加算されることにより、像面湾曲を変化させることが可能となる。
【００５６】
実施例１〜４は、拡大共役側の第１レンズと第２レンズのいずれか一方のレンズは、光軸上のパワーが負で最周辺の子午断面のパワーが正で、他方のレンズは光軸上および子午断面のパワーがともに負のパワーを有する。このため、いずれの実施例においても、第１レンズと第２レンズとの間隔を小さい値で変化させることにより、大きな像面湾曲変化を発生させることができる。以上の構成により、像面湾曲変化のために移動させる光学群の光軸方向の移動量が少ない場合でも、像面湾曲変化を大きく発生させることが可能となる。
【００５７】
なお、一つのレンズの最周辺のパワーφ１ｍは、以下の式（７）のように表される。
【００５８】
φ１ｍ＝（Ｎｄ−１）／Ｒ１ｍ＋（１−Ｎｄ）／Ｒ２ｍ＋（ｅａｍ／Ｎｄ）・（Ｎｄ−１）２／（Ｒ１ｍ・Ｒ２ｍ）  …  （７）
式（７）において、Ｒ１ｍはレンズ面のうち有効径が小さいほうのレンズ面Ｒ１の局所曲率半径、Ｒ２ｍは他方のレンズ面Ｒ２の局所曲率半径である。ｅａｍはレンズ面Ｒ１、Ｒ２のうち有効径が小さいほうの有効径におけるレンズ面Ｒ１とレンズ面Ｒ２との距離、Ｎｄはレンズの屈折率である。
【００５９】
以下、実施例１〜４のそれぞれに対応する数値実施例１〜４を示す。各数値実施例において、面番号の右側に※が付記されている面は、以下の関数に従った非球面形状であることを示す。Ｋはコーニック係数、ｙは径方向の座標、ｚは光軸方向の座標をそれぞれ示す。Ｒは、近軸曲率半径を示す。Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２は、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をそれぞれ示す。
【００６０】
ｚ＝（ｙ２／Ｒ）／（（１＋（１−ｙ２・ｋ／Ｒ２）０．５）＋Ａ４・ｙ４＋Ａ６・ｙ６＋Ａ８・ｙ８＋Ａ１０・ｙ１０＋Ａ１２・ｙ１２
また、実施例１〜４のそれぞれの投射光学系に関する条件式（１）、（２）の数値を表１に示している。
【００６１】
（数値実施例１）
面番号   有効径      曲率半径   面間隔     Ｎｄ       Ｖｄ
1※        76         174.392    4.2       1.51633    64.14
2          68          62.856   17         1.00000
3※        48          55.879    2.6       1.71300    53.87
4          40          26.747   15.6       1.00000    
5          38         -46.171    2         1.49700    81.54
6          36          52.340   11.40836   1.00000 
7          38        -150.600    2         1.74400    44.78
8          39         346.851    4.78236   1.00000    
9          42          99.287    2.3       1.92286    20.88
10         42          56.193   11.5       1.67300    38.15
11         43         -56.193    L1        1.00000    
12         37          71.947    3.3       1.58913    61.14
13         36         141.375    L2        1.00000 
14         31          80.940    3.55      1.80518    25.46
15         31       -5606.356    L3        1.00000    
16 P       22           0.000    L4        1.00000 
17         22         368.763    3.7       1.51633    64.14
18         22         -38.620    1.3       1.90366    31.32
19         22         -63.551    L5        1.00000 
20         20        -155.343    1.2       1.90366    31.32
21         21          28.776    5.9       1.51633    64.14
22         22         -41.875    L6        1.00000 
23         22         -24.146    1.3       1.90366    31.32
24         26          96.004    5.75      1.51633    64.14
25         28         -41.868    1.3       1.00000    
26         32         562.451    8.75      1.49700    81.54
27         34         -29.109    L7        1.00000 
28         39          93.214    5         1.80810    22.76
29         39        -196.899    4.39      1.00000 
30         50           ∞      28         1.51633    64.14
31         50           ∞       6.82      1.51633    64.14
32         50           ∞       3.43      1.00000 
33         50           ∞      19.5       1.80518    25.43
34         50           ∞       2.9       1.00000 
35         50           ∞       2.08      1.51633    64.14
36         50           ∞       2.92      1.00000 
37         50           ∞       0.7       1.46000    46.68
38         50           ∞       1.1       1.51000    51.62
39         50           ∞                 1.00000
非球面係数
１面
K=0
A4=2.74724e-6
A6=-8.766462e-10
A8=6.150328e-13
A10=-2.654043e-16
A12=7.683658e-20
３面
K=0
A4=-2.13015e-6
A6=-5.750979e-11
A8=1.458415e-12
A10=-1.127914e-15
A12=-2.566706e-19
Wide      Tele
焦点距離    17.1      22.2
Fナンバー    2.6       2.6
L1          69.81     34.73
L2           2.12     16.87
L3          15.15     26.60
L4           9.53      1.52
L5           2.95      4.08
L6           3.31      4.08
L7           2.68     17.69
R1       R2       R1R2面間隔   光軸からの高さ
G1光軸     174.392   62.856     4.2            0
G1最周辺    36.850   62.856     7.081         34
φ1a=-0.00519
φ1m=0.006335
R1       R2       R1R2面間隔   光軸からの高さ
G2光軸      55.879   26.747     2.6            0
G2最周辺    84.294   26.747     8.308         20
φ1a=-0.01338
φ1m=-0.01711
G1とG2の光軸上の合成パワーφa=-0.01985
|(φ1a・φ2a-φ1m・φ2m)/φa|=0.00896
A/L=0.858
（数値実施例２）
面番号   有効径      曲率半径   面間隔     Ｎｄ       Ｖｄ
1※        63         487.289    3.00      1.51633    64.14
2          56          53.083   13.56      1.00000 
3※        44         180.128    3.00      1.77250    49.6
4          36          28.487   15.67      1.00000 
5          35         -35.121    1.80      1.49700    81.54
6          36          94.929    L1        1.00000    
7          38         176.927    1.90      1.92286    18.9
8          39          86.983    8.60      1.72047    34.71
9          39         -49.721    L2        1.00000 
10         34          86.153    3.30      1.54814    45.79
11         34         681.902    L3        1.00000 
12         33          78.901    4.10      1.69895    30.13
13         33        -325.809   23.95      1.00000 
14         23        -169.695    4.70      1.51633    64.14
15         23         -22.591    4.90      1.88300    40.76
16         24         -33.429    L4        1.00000 
17 P       19           0.000    0.60      1.00000 
18         19         -77.986    1.10      1.85026    32.27
19         20          23.542    5.90      1.51633    64.14
20         21         -40.720    L5        1.00000 
21         22         -21.824    1.30      1.85026    32.27
22         26         100.083    6.90      1.51633    64.14
23         28         -27.766    1.71      1.00000 
24         35         226.799   10.50      1.43875    94.93
25         37         -28.980    L6        1.00000 
26         40          77.314    5.30      1.80810    22.76
27         40        -302.740    2.75      1.00000 
28         40           0.000   28.00      1.51633    64.14
29         36           0.000    7.82      1.51633    64.14
30         36           0.000    2.04      1.00000 
31         34           0.000   19.50      1.80518    25.43
32         34           0.000    3.10      1.00000 
33         30           0.000    1.32      1.51633    64.14
34         30           0.000    2.08      1.00000 
35         28           0.000    0.70      1.51633    64.14
36         28           0.000              1.00000 
非球面係数
１面
K=0
A4=7.466424e-6
A6=-5.685039e-9
A8=6.27502e-12
A10=-4.073371e-15
A12=1.543664e-18
３面
K=0
A4=-5.422423e-6
A6=5.410367e-9
A8=-1.21441e-12
A10=-6.57542e-15
A12=6.975096e-18
Wide      Tele
焦点距離    15.7      23.6
Fナンバー    2.1       2.3
L1           5.75      5.75
L2          41.15      5.0
L3           2.01      9.10
L4           1.50      9.14
L5           4.62      3.48
L6           1.0      23.56
R1       R2       R1R2面間隔   光軸からの高さ
G1光軸     487.289   53.083     3.0            0
G1最周辺    24.596   53.083     5.931         28
φ1a=-0.00865
φ1m=0.012065
R1       R2       R1R2面間隔   光軸からの高さ
G2光軸     180.128   28.487     3.0            0
G2最周辺  -253.024   28.487     9.043         18
φ2a=-0.02263
φ2m=-0.03059
G1とG2の光軸上の合成パワーφa=-0.03428
|(φ1a・φ2a-φ1m・φ2m)/φa|=0.016476
A/L=0.860
（数値実施例３）
面番号   有効径      曲率半径   面間隔     Ｎｄ       Ｖｄ
1          39          31.681    4.00      1.80518    25.46
2          34          22.018    8.51      1.00000 
3※        33         118.763    2.50      1.58313    59.38
4※        32          37.141    7.99      1.00000 
5          32         -42.734    1.80      1.48749    70.23
6          34         138.988    3.45      1.80518    25.42
7          35        -171.359    L1        1.00000 
8          35        -174.681    3.00      1.72916    54.68
9          36         -67.234    L2        1.00000 
10         36           0.000    L3        1.00000 
11         37          55.151    4.35      1.72916    54.68
12         37         207.965    L4        1.00000 
13         33          53.255    3.30      1.80518    25.42
14         32         225.333    5.64      1.00000 
15 P       28           0.000    L5        1.00000 
16         30        -437.403    1.50      1.69895    30.13
17         30          26.596    5.80      1.51633    64.14
18         30        -122.853    0.50      1.00000 
19         30           0.000    L6        1.00000 
20         23          36.908    6.25      1.51633    64.14
21         22         -57.776    2.30      1.67270    32.17
22         22          29.731    6.78      1.00000 
23         22         -20.401    1.35      1.72047    34.71
24         26         113.119    8.10      1.48749    70.23
25         30         -26.399    0.47      1.00000 
26         35         152.658    8.05      1.49700    81.54
27         36         -37.557    L7        1.00000 
28         40          76.962    4.60      1.80810    22.76
29         40        -484.368    1.50      1.00000 
30         40           0.000   30.34      1.51633    64.14
31         40           0.000    7.50      1.51633    64.14
32         40           0.000   19.50      1.80518    25.43
33         40           0.000    8.50      1.00000 
非球面係数
3面
K=0
A4= -3.889388E-006 
A6= -6.121223E-009 
A8=5.726847E-011
A10=-2.192097E-013
A12=2.079838E-016
4面
K=0
A4=-9.880698E-006 
A6=-1.495801E-008
A8=7.920877E-011
A10=-3.388133E-013
A12=3.648752E-016
Wide      Tele
焦点距離    34.0      57.9
Fナンバー    2.0       2.8
L1           2.78      2.78
L2           2.56      2.56
L3          30.244     1.09
L4          25.95      5.52
L5           4.49      7.07
L6           1.11     18.56
L7           1.02     30.59
R1       R2       R1R2面間隔   光軸からの高さ
G1光軸      31.681   22.018     2.5            0
G1最周辺    31.681   22.018     5.578         17
φ1a=-0.00987
φ1m=-0.00828
R1       R2       R1R2面間隔   光軸からの高さ
G2光軸     118.765   37.140     2.5            0
G2最周辺    62.461  -40.584     4.506         16
φ2a=-0.01067
φ2m=0.005413
G1とG2の光軸上の合成パワーφa=-0.02021
|(φ1a・φ2a-φ1m・φ2m)/φa|=0.00742733
A/L=0.873
（数値実施例４）
面番号   有効径      曲率半径   面間隔     Ｎｄ       Ｖｄ
1※        61         103.624    4.15      1.58313    59.38
2          56          40.856   10.92      1.00000 
3          44          52.712    2.30      1.77250    49.6
4          38          28.229   15.43      1.00000 
5          36         -39.014    1.85      1.49700    81.54
6          36          44.053    9.24      1.00000 
7          40          42.000   12.06      1.80610    33.27
8          39         -48.513    2.40      1.80810    22.76
9          36          36.893    7.17      1.00000 
10         39          64.213    7.55      1.80518    25.42
11         39         -72.624   42.48      1.00000 
12         18         -30.695    1.70      1.77250    49.6
13         19        -359.956    0.80      1.00000 
14 P       19           0.000    0.75      1.00000 
15         20          47.829    2.50      1.80518    25.42
16         20        -111.589   16.17      1.00000 
17         19        -261.008    1.70      1.83400    37.16
18         19          20.776    5.70      1.48749    70.23
19         19         -39.488    0.49      1.00000 
20         20         132.903    6.65      1.48749    70.23
21         20         -16.816    1.40      1.80518    25.42
22         22        -116.202    7.69      1.00000 
23         29       -1312.258    7.00      1.48749    70.23
24         30         -25.987    0.50      1.00000 
25         32          87.370    3.40      1.80810    22.76
26         31        -176.308    1.50      1.00000 
27         31           0.000   31.74      1.51633    64.14
28         25           0.000    7.50      1.51633    64.14
29         24           0.000   19.50      1.80518    25.43
30         21           0.000    7.50      1.00000 
非球面係数
１面
K=0
A4= 2.978025E-006 
A6=-7.235543E-010
A8=7.541634E-013
A10=-3.111931E-016
A12=1.687220E-019
焦点距離 12.7mm
Fナンバー  2.0
R1       R2       R1R2面間隔   光軸からの高さ
G1光軸     103.625   40.856     4.15           0
G1最周辺    34.753   40.856     9.342         28
φ1a=-0.00844
φ1m=0.00392
R1       R2       R1R2面間隔   光軸からの高さ
G2光軸      52.711   28.229     2.5            0
G2最周辺    52.711   28.229     6.308         19
φ2a=-0.01214
φ2m=-0.01128
G1とG2の光軸上の合成パワーφa=-0.02187
|(φ1a・φ2a-φ1m・φ2m)/φa|=0.0067077
A/L=0.853
【００６２】
【表１】
0006702728.tif 000002
【００６３】
（プロジェクタの構成）
次に、図９を参照して、実施例１〜４のいずれかの投射光学系を備えた投射型画像投射装置について説明する。図９（ａ）は、本実施例における投射型画像投射装置（プロジェクタ１００）の概略図である。図９（ｂ）は、プロジェクタ１００のブロック図である。図９は、各実施例の投射光学系をプロジェクタ１００（３板式のカラー液晶プロジェクタ）に適用した例を示している。
【００６４】
図９（ａ）に示されるように、プロジェクタ１００は、光源からの光を変調して原画を形成する複数の液晶表示素子（Ｒ、Ｇ、Ｂの３枚のパネル）を有する。液晶表示素子は、画像表示素子または光変調素子である。またプロジェクタ１００は、複数の液晶表示素子からの複数の色光（画像情報）を合成する色合成手段としてのプリズム２００を有する。そしてプロジェクタ１００は、プリズム２００により１つの光路に合成された画像情報を、各実施例の投射光学系からなる投射レンズ３００を用いてスクリーン４００（被投射面）上に投影（拡大投射）する。このように投射レンズ３００（投射光学系）は、光変調素子からの光をスクリーン４００に導くように機能する。
【００６５】
図９（ｂ）に示されるように、プロジェクタ１００は、投射光学系１０、操作手段１３、および、位置調整手段１４を有する。投射光学系１０は、実施例１〜４のいずれかの投射光学系１０ａ〜１０ｄに相当し、第１レンズ１１および第２レンズ１２を含む。操作手段１３は、像面湾曲調整のために第１レンズ１１と第２レンズ１２との間隔の調整を指示するための操作リングであるが、これに限定されるものではない。操作手段１３は、例えば、プロジェクタ１００に設けられたボタンや、リモコンであってもよい。位置調整手段１４は、操作手段１３を介したユーザの操作に応じて、第１レンズ１１と第２レンズ１２との間隔を調整する。これにより、簡易な構成で、適切な像面湾曲を調整可能な投射型表示装置を提供することができる。
【００６６】
各実施例は、像面湾曲を可変とするために光軸方向に移動させるレンズの枚数を減少させるとともに、それらのレンズを拡大共役側に配置させることが可能である。このため、単純な鏡筒機構でかつ操作性の良好な像面湾曲調整が可能な投射光学系を実現することができる。また、レンズを光軸上の少ない移動量で移動させることにより、像面湾曲を大きく変化させることが可能である。また各実施例によれば、シミュレータなど、スクリーンの観察者に対して広い視野角のスクリーンを形成する場合のドーム型スクリーンに使用した場合、スクリーンの全面で高い解像量を実現することが可能である。
【００６７】
前述のように、各実施例の投射光学系１０ａ〜１０ｄは、第１レンズ（Ｇ１、Ｇ２１、Ｇ４２、Ｇ６１）と、第２レンズ（Ｇ２、Ｇ２２、Ｇ４１、Ｇ６２）と、絞り（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４）とを有する。第１レンズは、光軸上のパワーと最周辺部の子午断面のパワーとが互いに異なる。第２レンズは、第１レンズに隣接する。絞りは、軸外主光線と光軸ＯＡとが交わる位置に設けられている。また投射光学系１０ａ〜１０ｄは、第１レンズと第２レンズとの光軸方向における間隔の変化により、投射像の像面湾曲を調整することが可能であり、所定の条件式を満たす。このように各実施例によれば、簡易な構成で、適切な像面湾曲を調整可能な投射光学系および投射型表示装置を提供することができる。
【００６８】
なお、上記の最周辺部とは、例えばレンズ屈折面の直径をＤとするとき、光軸からＤ／２の８０％だけ光軸と直交する方向に離れた屈折面上の位置としてもよい。もちろん、Ｄ／２の８０％に限定されるものではなく、５０％や９５％などであってもよい。つまり、厳密に最周辺部である必要はなく、最周辺部に近い周辺部のパワーをφ１ｍ及びφ２ｍとしてもよい。また、上記の子午断面とは、例えば図１に示すように光軸を含む断面を意味する。
【００６９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０ａ  投射光学系
Ｇ１    非球面レンズ（第１レンズ）
Ｇ２    非球面レンズ（第２レンズ）
ＳＰ１  絞り
【図１】
0006702728.tif 000003
【図２】
0006702728.tif 000004
【図３】
0006702728.tif 000005
【図４】
0006702728.tif 000006
【図５】
0006702728.tif 000007
【図６】
0006702728.tif 000008
【図７】
0006702728.tif 000009
【図８】
0006702728.tif 000010
【図９】
0006702728.tif 000011