特許 6243353 投射光学系およびプロジェクタ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243353

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】投射光学系およびプロジェクタ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 17/08 20060101AFI20171127BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20171127BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20171127BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   G02B17/08 A

   G02B13/18

   G03B21/14 D

   G03B21/00 D

【請求項の数】16

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-554153(P2014-554153)

(86)(22)【出願日】2013年12月26日

(86)【国際出願番号】JP2013007653

(87)【国際公開番号】WO2014103324

(87)【国際公開日】20140703

【審査請求日】2016年12月22日

(31)【優先権主張番号】特願2012-287877(P2012-287877)

(32)【優先日】2012年12月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000227364

【氏名又は名称】株式会社ｎｉｔｔｏｈ

(74)【代理人】

【識別番号】100102934

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 彰

(72)【発明者】

【氏名】松尾 恭彦

【審査官】 殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２６７６８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２４１２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３７４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０８２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／００５４４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２４４０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１１２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５８６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８６３１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００ − １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ − ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ − ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系であって、
縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、
縮小側の前記第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、
前記第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とからなり、
前記第２の屈折光学系は、フォーカシングを行う際に移動する第１のフォーカスレンズ群を含み、
前記第１のフォーカスレンズ群は、前記第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを含み、
前記第１の屈折光学系は、フォーカシングを行う際に移動する第２のフォーカスレンズ群を含み、
前記第２のフォーカスレンズ群は、前記第１の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを含む、投射光学系。

【請求項2】

請求項１において、
前記第１のフォーカスレンズ群は、前記第１の反射面および前記第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第１の距離補正用レンズ群を含む、投射光学系。

【請求項3】

請求項２において、
前記第１の距離補正用レンズ群は、前記第２の屈折光学系の最も縮小側に位置する第１のレンズを含む、投射光学系。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記第１のフォーカスレンズ群は、当該投射光学系の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第１の温度補正用レンズ群を含む、投射光学系。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記第２のフォーカスレンズ群は、前記第１の反射面および前記第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２の距離補正用レンズ群を含む、投射光学系。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記第２のフォーカスレンズ群は、当該投射光学系の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２の温度補正用レンズ群を含む、投射光学系。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記第１の反射面は前記第１の反射面および前記第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に動かない、投射光学系。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記第１の屈折光学系は、拡大側に凸面を向けたメニスカスタイプの負レンズを含み、
前記第２の屈折光学系は、当該第２の屈折光学系の最も縮小側に位置する縮小側に凸面を向けたメニスカスタイプの正レンズを含む、投射光学系。

【請求項9】

請求項８において、
前記負レンズは前記第１の屈折光学系の最も拡大側に位置する、投射光学系。

【請求項10】

請求項８または９において、
前記負レンズの前記凸面および前記正レンズの前記凸面は非球面である、投射光学系。

【請求項11】

請求項１ないし１０のいずれかにおいて、
前記第１の屈折光学系のペッツバール和ＰＴＺ１と、前記第１の屈折光学系の歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ１と、前記第１の屈折光学系のコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ１と、前記第２の屈折光学系のペッツバール和ＰＴＺ２と、前記第２の屈折光学系の歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ２と、前記第２の屈折光学系のコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ２とが以下の条件を満たす、投射光学系。
｜ＰＴＺ１｜＜｜ＰＴＺ２｜
｜ＤＳＴ１｜＜｜ＤＳＴ２｜
−０．５＜｜ＴＣＯ１｜−｜ＴＣＯ２｜＜０．５

【請求項12】

請求項１ないし１１のいずれかにおいて、
前記第１の中間像の像面湾曲量ＦＣ１と、前記第２の中間像の像面湾曲量ＦＣ２とが以下の条件を満たす、投射光学系。
０＜ＦＣ１×ＦＣ２
０．０３＜｜ＦＣ１｜

【請求項13】

請求項１ないし１２のいずれかにおいて、
前記第１の中間像から出射する主光線は前記第２の屈折光学系の光軸の側を向いている、投射光学系。

【請求項14】

請求項１ないし１３のいずれかに記載の投射光学系と、
前記第１の像面に画像を形成する光変調器とを有する、プロジェクタ装置。

【請求項15】

縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系と、
前記投射光学系のフォーカシングを行うフォーカシング機構とを有し、
前記投射光学系は、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、
縮小側の前記第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、
前記第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とからなり、
前記フォーカシング機構は、前記第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを動かす機構と、前記第１の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを動かす機構とを含む、投射システム。

【請求項16】

縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系のフォーカシングを行う方法であって、
前記投射光学系は、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、
縮小側の前記第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、
前記第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とからなり、
当該方法は、前記第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズと、前記第１の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズとを動かすことを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プロジェクタ装置の投射光学系に関するものである。

【背景技術】

【0002】

日本国特許公開２００４−２５８６２０号公報（文献１）には、投射画面の大画面化を図りつつ、投射装置外の投影空間を縮小するために、反射面を含む結像光学系を採用しつつ、色収差も補正可能な投射光学系およびこのような投射光学系を用いる画像投射装置を実現することが記載されている。そのため、この文献１には、ライトバルブの投影側にライトバルブの側から第１、第２の光学系を上記順序に配し、第１の光学系は１以上の屈折光学系を含み、正のパワーを有し、第２の光学系はパワーを有する反射面を１以上含み、正のパワーを有し、ライトバルブにより形成された画像を第１及び第２の光学系の光路上に中間像として結像させ、中間像をさらに拡大してスクリーン上に投射することが記載されている。

【発明の概要】

【0003】

プレゼンテーション用や学校教育用などの様々な用途において、広角で鮮明な画像を投射する投射光学系が求められている。

【0004】

本発明の態様の１つは、縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系である。この投射光学系は、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、縮小側の第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とを有し、第２の屈折光学系は、フォーカシングを行う際に移動する第１のフォーカスレンズ群を含み、第１のフォーカスレンズ群は、第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを含む。

【0005】

この投射光学系においては、第１の屈折光学系が第１の中間像を結像し、その第１の中間像を第２の屈折光学系が拡大側に第２の中間像として結像し、その第２の中間像を第１の反射面が拡大して反射させている。このため、第２の中間像を拡大反射する際に発生する収差を第１の反射面において補正するように設計することは容易ではない。この投射光学系においては、第２の屈折光学系が第１の反射面により発生する像面湾曲などを補正した第２の中間像を結像させ、第１の屈折光学系が第２の屈折光学系により発生するコマ収差などを補正した第１の中間像を結像させやすい。したがって、拡大された鮮明な画像を投射しやすい。さらに、この投射光学系においては、フォーカシングを行う際に、第２の屈折光学系の少なくとも１つのレンズを含む第１のフォーカスレンズ群を移動させている。このため、投射距離などの変化に伴う収差変動を補正した第２の中間像を結像させやすく、投射画像の結像性能の変動も抑制しやすい。

【0006】

広角で焦点距離が短い投射光学系においては被写界深度が深く、焦点深度も深くなりやすい。このため、第１の反射面および第２の像面の光学的距離（投射距離）の変化に伴う、投射画像の中心近傍におけるピント変動を抑制しやすいのに対して、投射画像の周辺における像面湾曲の変動は大きくなりやすい。したがって、第１のフォーカスレンズ群は、第１の反射面および第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第１の距離補正用レンズ群を含むことが望ましい。投射距離の変化に伴う像面湾曲の変動を補正した、鮮明な拡大画像を投射しやすい。

【0007】

第１の中間像の結像位置の近傍においては画角ごとの光束が分離しやすい。このため、第１の距離補正用レンズ群は、第２の屈折光学系の最も縮小側に位置する第１のレンズを含むことが望ましい。フォーカシングを行う際に、第１の中間像に最も近い第１のレンズを動かすことにより、フォーカシングに伴う収差変動を抑制しながら、ピントの微調整を行うことができる。したがって、投射距離の変化に伴うピント変動をいっそう抑制した、鮮明な拡大画像を投射しやすい。

【0008】

第１のフォーカスレンズ群は、当該投射光学系の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２の温度補正用レンズ群を含むことが望ましい。投射光学系を設置する周辺温度の変化に伴う、レンズの屈折率の変化によるピント変動を補正した、鮮明な拡大画像を投射しやすい。

【0009】

第１の屈折光学系は、フォーカシングを行う際に移動する第２のフォーカスレンズ群を含み、第２のフォーカスレンズ群は、第１の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを含む。フォーカシングを行う際に、第１の屈折光学系の少なくとも１つのレンズを含む第２のフォーカスレンズ群を移動させることにより、第１のフォーカスレンズ群の移動距離を短くできる。このため、第１のフォーカスレンズ群と第１の中間像との干渉を抑制でき、第１の中間像の結像位置をほとんど動かすことなくフォーカシングを行うことができる。したがって、投射画像の結像性能の変動を抑制しやすい、コンパクトな投射光学系を提供できる。

【0010】

第２のフォーカスレンズ群は、第１の反射面および第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２の距離補正用レンズ群を含むことが望ましい。広範囲の投射距離の変化に伴うピント変動を抑制した、鮮明な拡大画像を投射しやすい。第２のフォーカスレンズ群は、当該投射光学系の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２の温度補正用レンズ群を含むことが望ましい。

【0011】

第１の反射面は第１の反射面および第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に動かないことが望ましい。投射距離の変化に対して第１の反射面を動かさないことにより、第１の像面および第１の反射面の光学的距離を変えずにフォーカシングを行うことができる。このため、第１の反射面の取り付け公差が投射画像の結像性能に与える影響（公差感度）を低減できる。

【0012】

第１の屈折光学系は、拡大側に凸面を向けたメニスカスタイプの負レンズを含み、第２の屈折光学系は、当該第２の屈折光学系の最も縮小側に位置する縮小側に凸面を向けたメニスカスタイプの正レンズを含むことが望ましい。第１の中間像を、第１の中間像よりも縮小側に位置する負レンズの凸面と、第１の中間像よりも拡大側に位置する正レンズの凸面とにより挟むことにより、コマ収差および球面収差の発生を抑制できる。負レンズは第１の屈折光学系の最も拡大側に位置することが望ましい。第１の中間像の結像位置の近傍においては画角ごとの光束が分離しやすい。したがって、負レンズの凸面および正レンズの凸面を非球面とすることにより、像面湾曲、非点収差および歪曲収差などの軸外収差を効果的に補正できる。

【0013】

この投射光学系においては、第１の屈折光学系のペッツバール和ＰＴＺ１と、第１の屈折光学系の歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ１と、第１の屈折光学系のコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ１と、第２の屈折光学系のペッツバール和ＰＴＺ２と、第２の屈折光学系の歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ２と、第２の屈折光学系のコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ２とが以下の条件（１）〜（３）を満たすことが望ましい。
｜ＰＴＺ１｜＜｜ＰＴＺ２｜ ・・・・・（１）
｜ＤＳＴ１｜＜｜ＤＳＴ２｜ ・・・・・（２）
−０．５＜｜ＴＣＯ１｜−｜ＴＣＯ２｜＜０．５・・・・・（３）

【0014】

この投射光学系においては、条件（１）により、第１の屈折光学系よりも第２の屈折光学系の像面湾曲の補正効果を大きくし、条件（２）により、第１の屈折光学系よりも第２の屈折光学系の歪曲収差の補正効果を大きくし、条件（３）により、第１の屈折光学系および第２の屈折光学系のコマ収差の補正効果をほぼ等しくしている。このため、第２の屈折光学系の補正負担を軽減できる。したがって、第２の屈折光学系の構成を簡素化し、第２の屈折光学系をコンパクトにしやすい。

【0015】

さらに、第１の中間像の像面湾曲量ＦＣ１と、第２の中間像の像面湾曲量ＦＣ２とが以下の条件（４）および（５）を満たすことが望ましい。
０＜ＦＣ１×ＦＣ２ ・・・・・（４）
０．０３＜｜ＦＣ１｜ ・・・・・（５）

【0016】

この投射光学系においては、第１の中間像から出射する主光線は第２の屈折光学系の光軸の側を向いていることが望ましい。

【0017】

本発明の他の態様の１つは、上記の投射光学系と、第１の像面に画像を形成する光変調器とを有するプロジェクタ装置である。

【0018】

本発明の他の態様の１つは、縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系と、投射光学系のフォーカシングを行うフォーカシング機構とを有する投射システムである。この投射システムの投射光学系は、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、縮小側の第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とを含み、フォーカシング機構は、第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを動かす機構と、第１の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを動かす機構とを含む。

【0019】

本発明の他の態様の１つは、縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系のフォーカシングを行う方法である。投射光学系は、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、縮小側の第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とを含み、当該方法は、第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズと、第１の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズとを動かすことを含む。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る投射光学系を用いたプロジェクタ装置の概略構成を示す図。

【図2】第１の実施形態に係る投射光学系の概略構成を示す図。

【図3】第１の実施形態に係る投射光学系の光線図。

【図4】第１の実施形態に係る投射光学系のレンズデータを示す図。

【図5】第１の実施形態に係る投射光学系の諸数値を示す図であり、（ａ）は第１および第２の投射位置におけるレンズ間隔を示し、（ｂ）は基本データを示し、（ｃ）は非球面データを示す。

【図6】第１の実施形態に係る投射光学系の第１の投射位置におけるコマ収差図。

【図7】第１の実施形態に係る投射光学系の第２の投射位置におけるコマ収差図。

【図8】第１の実施形態に係る投射光学系の第１の投射位置における歪曲収差図。

【図9】第１の実施形態に係る投射光学系の第２の投射位置における歪曲収差図。

【図10】第２の実施形態に係る投射光学系の概略構成を示す図。

【図11】第２の実施形態に係る投射光学系の光線図。

【図12】第２の実施形態に係る投射光学系のレンズデータを示す図。

【図13】第２の実施形態に係る投射光学系の諸数値を示す図であり、（ａ）は第１および第２の投射位置におけるレンズ間隔を示し、（ｂ）は基本データを示し、（ｃ）は非球面データを示す。

【図14】第２の実施形態に係る投射光学系の第１の投射位置におけるコマ収差図。

【図15】第２の実施形態に係る投射光学系の第２の投射位置におけるコマ収差図。

【図16】第２の実施形態に係る投射光学系の第１の投射位置における歪曲収差図。

【図17】第２の実施形態に係る投射光学系の第２の投射位置における歪曲収差図。

【図18】第３の実施形態に係る投射光学系の光線図。

【図19】第４の実施形態に係る投射光学系の光線図。

【図20】第５の実施形態に係る投射光学系の光線図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１に、本発明に係る投射光学系を用いたプロジェクタ装置の概略構成を示している。プロジェクタ（プロジェクタ装置）６は、光変調器（ライトバルブ）７と、ライトバルブ７に変調用の照明光を照射する照明光学系８と、ライトバルブ７により形成された画像をスクリーン９へ投射する投射システム１５０とを有する。この投射システム１５０は、ライトバルブ７の像面を縮小側の第１の像面とし、ライトバルブ７の画像を投影光９０として拡大側の第２の像面であるスクリーン９に拡大して投射する投射光学系１と、投射光学系１のフォーカシングを行うフォーカシング機構（フォーカシングユニット）８０とを含む。

【0022】

ライトバルブ７は、ＬＣＤ（液晶パネル）、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）または有機ＥＬなどの画像を形成できるものであればよく、単板式であっても、各色の画像をそれぞれ形成する方式であってもよい。また、ライトバルブ７は、反射型のＬＣＤであっても透過型のＬＣＤであってもよく、透過型の場合の照明光学系８はライトバルブ７に対して投射光学系１の光軸１００の方向の反対側に配置される。典型的なライトバルブ７はＤＭＤを採用した単板式のビデオプロジェクタであり、照明光学系８は、ハロゲンランプなどの白色光源と、円盤型の回転色分割フィルタ（カラーホイール）とを備えて、ＤＭＤ７が、赤、緑、青の３原色の画像を時分割で形成するものである。なお、図１において、ＤＭＤ７はＤＭＤの第１の像面の位置を示す。スクリーン９は壁面やホワイトボードなどであってもよく、プロジェクタ６はフロントプロジェクタであっても、スクリーンを含むリアプロジェクタであってもよい。

【0023】

この投射光学系１は、縮小側の第１の像面であるＤＭＤ７から拡大側の第２の像面であるスクリーン９へ投射する投射光学系である。投射光学系１は、複数のレンズを含み、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像５１を結像する第１の屈折光学系１０と、複数のレンズを含み、縮小側の第１の中間像５１を拡大側に第２の中間像５２として結像する第２の屈折光学系２０と、第２の中間像５２よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面３１ａを含む第１の反射光学系３０とを有する。

【0024】

投射光学系１のフォーカシングを行うフォーカシングユニット８０は、第１の反射面３１ａおよびスクリーン９の光学的距離（投射距離）を検出する距離検出ユニット８１と、投射光学系１の周辺温度を検出する温度検出ユニット８２とを有する。フォーカシングユニット８０は、距離検出ユニット８１により検出された投射距離の変化に対して、第１の屈折光学系１０、第２の屈折光学系２０および第１の反射光学系３０に含まれる少なくとも１つのレンズおよび／または反射面を動かす第１の機構を備えていてもよい。さらに、フォーカシングユニット８０は、温度検出ユニット８２により検出された周辺温度の変化に対して、第１の屈折光学系１０、第２の屈折光学系２０および第１の反射光学系３０に含まれる少なくとも１つのレンズおよび／または反射面を動かす第２の機構を備えていてもよい。

【0025】

この投射光学系１においては、第１の中間像５１、第２の中間像５２および第１の反射面３１ａにより結像される像が、第１の屈折光学系１０および第２の屈折光学系２０の共通する光軸１００に対してそれぞれ反転する。このため、ＤＭＤ７の中心からスクリーン９の中心に至る光線（主光線）９０が光軸１００と３回交差してスクリーン９に至るように投射光学系１を設計できる。すなわち、ＤＭＤ７と第１の反射面３１ａとの間では光線９０が光軸１００と２回交差する。このため、ＤＭＤ７と第１の反射面３１ａとを光軸１００に対して同じ方向、すなわち光軸１００を含む第１の面１０１に対して同方向の第１の方向１０１ａ（図１において下方向）に配置できる。このため、ＤＭＤ７を照明する照明光学系８を第１の方向（下方向）１０１ａに配置することにより、第１の面１０１に対して同じ第１の方向１０１ａのスペースを照明光学系８と第１の反射面３１ａとで共有できる。したがって、投射光学系１および照明光学系８を含めたプロジェクタ６の高さ（厚さ）を薄型化できる。

【0026】

図２に、第１の実施形態に係る投射光学系１を示している。図３に、投射光学系１の光線図を示している。この投射光学系１は、入射側（縮小側）が非テレセントリックの変倍を行わない固定焦点（単焦点）タイプの投射光学系である。投射光学系１は、縮小側のＤＭＤ７の側から順に配置された、６枚のレンズＬ１〜Ｌ６を含む第１の屈折光学系１０と、５枚のレンズＬ７〜Ｌ１１を含む第２の屈折光学系２０と、第１の反射面３１ａを備えた１枚のミラー（凹面鏡）３１を含む第１の反射光学系３０とを有する。この投射光学系１においては、第１の像面であるＤＭＤ７に形成された画像が、第１の屈折光学系１０、第２の屈折光学系２０および第１の反射光学系３０により、第２の像面であるスクリーン９に拡大して投射される。なお、第１の屈折光学系１０および／または第２の屈折光学系２０は、適当な位置で光軸１００を折り曲げるためのプリズムやミラー（鏡面）を備えていてもよい。

【0027】

第１の屈折光学系１０は、全体が正の屈折力のレンズ系であり、ＤＭＤ７の側から順に配置された、両凸タイプの正レンズＬ１と、２枚貼合の接合レンズ（バルサムレンズ、ダブレット）ＬＢ１と、両凸タイプの正レンズＬ４と、両凸タイプの正レンズＬ５と、拡大側に凸面Ｓ１１を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ６とから構成されている。接合レンズＬＢ１は、ＤＭＤ７の側から順に配置された、両凸タイプの正レンズＬ２と、両凹タイプの負レンズＬ３とから構成されている。正レンズＬ２のＤＭＤ７の側（縮小側）の凸面Ｓ３は非球面である。さらに、負レンズＬ６の両面、すなわちＤＭＤ７の側の凹面Ｓ１０およびミラー３１の側（拡大側）の凸面Ｓ１１も非球面である。第１の屈折光学系１０の縮小側には、カバーガラスＣＧを挟んでＤＭＤ７が配置されている。第１の屈折光学系１０は、第１の屈折光学系１０と第２の屈折光学系２０との間の空間４１に、第１の像面であるＤＭＤ７により形成された画像を第１の中間像５１として結像する。

【0028】

第２の屈折光学系２０は、全体が正の屈折力のレンズ系であり、ＤＭＤ７の側から順に配置された、縮小側に凸面Ｓ１２を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ７と、両凸タイプの正レンズＬ８と、縮小側に凸面Ｓ１６を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ９と、２枚貼合の接合レンズＬＢ２とから構成されている。接合レンズＬＢ２は、縮小側に凸面Ｓ１８を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１０と、両凸タイプの正レンズＬ１１とから構成されている。正レンズＬ７の両面、すなわちＤＭＤ７の側の凸面Ｓ１２およびミラー３１の側の凹面Ｓ１３は非球面である。第２の屈折光学系２０は、第２の屈折光学系２０と第１の反射面３１ａとの間の空間４２に、第１の中間像５１を第２の中間像５２として結像する。

【0029】

第１の反射光学系３０は、全体が正の屈折力のミラー系であり、第１の反射面（鏡面）３１ａを含むミラー（凹面鏡）３１から構成されている。ミラー３１の第１の反射面３１ａは非球面である。第１の反射光学系３０は、第２の像面であるスクリーン９に第２の中間像５２を投影することにより、ＤＭＤ７の画像をスクリーン９に拡大投射する。なお、投射光学系１に含まれるレンズ面および鏡面（反射面）は回転対称の球面または非球面であるが、回転非対称の面、たとえば自由曲面であってもよい。以降の実施形態においても同様である。

【0030】

この投射光学系１においては、第１の中間像５１と第２の中間像５２とが光軸１００に対して反対側に結像（逆転）する。このため、第１の中間像５１から第２の中間像５２に至る光束は拡大側に向かうにつれて光軸１００の周りに集中する。したがって、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズ径を縮小側のレンズ径に対して小さくできる。このため、第２の屈折光学系２０をコンパクトにできる。さらに、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズ径を小さくできるため、第１の反射面３１ａにより反射された光束（投影光）と第２の屈折光学系２０との干渉を抑制できる。このため、第２の屈折光学系２０と第１の反射面３１ａとの光学的距離（空気間隔）を短くしやすく、第１の反射面３１ａを小型化できる。

【0031】

この投射光学系１においては、第２の屈折光学系２０の最も拡大側から２つ目のレンズが正の屈折力を備えていることが好ましい。さらに、第２の屈折光学系２０の最も拡大側から３つ目のレンズが正の屈折力を備えていることが望ましい。さらに、第２の屈折光学系２０の最も拡大側のレンズ（最終レンズ）が両側に凸面を向けた接合レンズであることがいっそう望ましい。本例の投射光学系１は、上記の条件を全て備えており、第２の屈折光学系２０の最も拡大側から２つ目および３つ目のレンズとして正の屈折力を備えた正レンズＬ９および正レンズＬ８が配置され、第２の屈折光学系２０の最も拡大側の最終レンズとして両側に凸面Ｓ１８およびＳ２０を向けた接合レンズＬＢ２が配置されている。このため、最終レンズの直前に負の屈折力のレンズを配置することなく、第２の中間像５２に至る光束を効果的に収束させることができる。したがって、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズ径をいっそう小型化できる。このため、第１の反射面３１ａにより反射された光束と第２の屈折光学系２０との干渉を抑制でき、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズをカットする必要もない。したがって、第２の屈折光学系２０は、最終レンズを除いてまたは含めて全て正の屈折力のレンズにより構成されていることが望ましい。第１の中間像５１から第２の中間像５２に至る光束を光軸１００の周りに集中させやすく、第１の反射面３１ａから、より光軸１００に近い投影光を射出できる。したがって、第１の反射面３１ａの光軸１００に近い領域まで有効に利用でき、光軸１００に対し仰角は小さく、画角が大きな像をスクリーン９に拡大投影できる。

【0032】

この投射光学系１においては、第１の屈折光学系１０が第１の中間像５１を結像し、その第１の中間像５１を第２の屈折光学系２０が拡大側に第２の中間像５２として結像し、その第２の中間像５２を第１の反射面３１ａが拡大して反射させている。このため、第１の反射面３１ａにおいて第２の中間像５２を拡大反射する際、第２の中間像５２からスクリーン９に至る光線経路が急激に変化するので、ＤＭＤ７の画像を超広角化（広画角化）できる反面、大きな像面湾曲および歪曲収差が発生する。第１の反射面３１ａにおいて像面湾曲および歪曲収差（台形歪み）などの諸収差を補正するように設計することは困難である。したがって、この投射光学系１においては、第１の反射面３１ａは像面湾曲および歪曲収差を含むものとし、第２の屈折光学系２０が第１の反射面３１ａにより発生する諸収差の内、主に像面湾曲および歪曲収差を補正した第２の中間像５２を結像させている。さらに、第１の屈折光学系１０が第２の屈折光学系２０の補正により発生するコマ収差と、第２の屈折光学系２０の補正により残った像面湾曲および歪曲収差とを補正した第１の中間像５１を結像させている。このため、超広角の鮮明な画像をスクリーン９に投射可能な投射光学系１を提供できる。

【0033】

さらに、この投射光学系１の第２の屈折光学系２０は、投射距離、周辺温度、周辺湿度などの投射環境の変化に対してフォーカシング（焦点調整）を行う際に移動する第１のフォーカスレンズ群６１を含む。本例の第１のフォーカスレンズ群６１は、第１の反射面３１ａおよびスクリーン９の光学的距離（投射距離）Ｖ３の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群（第１の距離補正用レンズ群）７１を含む。距離補正用レンズ群７１は、第２の屈折光学系２０に含まれる５枚のレンズＬ７〜Ｌ１１の内の最も縮小側に位置する第１のレンズ（正レンズ）Ｌ７により構成されている。

【0034】

この投射光学系１は、超広角で焦点距離が極めて短く、第１の像面の側の被写界深度が深いパンフォーカスタイプの光学系である。このため、投射光学系１とスクリーン９との距離を変化させたときに像がぼやけて見えない範囲、すなわち第２の像面の側の焦点深度も深い。したがって、投射距離Ｖ３の変化に伴う、投射画像の中心近傍におけるピント変動を焦点深度の範囲に収めやすいのに対して、投射画像の周辺における収差変動（像面変動）は大きくなりやすい。この投射光学系１においては、フォーカシングを行う際に、距離補正用レンズ群７１の第１のレンズＬ７を移動させている。すなわち、第１の屈折光学系１０および第１の反射面３１ａは動かず、第２の屈折光学系２０の第１のレンズＬ７が、縮小側の第１の中間像５１と拡大側の第２の中間像５２との間を光軸１００の方向に移動する。このため、第１の中間像５１および第１の反射面３１ａの光学的距離を変えずにフォーカシングを行うことができる。したがって、第１の中間像５１の結像位置および結像性能が変動することを防止できる。このため、第１のレンズＬ７を移動させることにより、投射距離Ｖ３の変化に伴う像面湾曲および歪曲収差の変動を補正した第２の中間像５２を結像させやすい。したがって、投射距離Ｖ３の変化に伴う収差変動を補正した、鮮明な拡大画像を投射できる。さらに、第１のレンズＬ７の両面凸面Ｓ１２および凹面Ｓ１３は非球面である。このため、投射距離Ｖ３の変化に伴う収差変動をいっそう効果的に補正できる。

【0035】

さらに、第１のレンズＬ７は第２の屈折光学系２０の中で最も第１の中間像５１に近いレンズである。第１の中間像５１の結像位置の近傍、すなわち第１の中間像５１の拡大側においては光線９０が発散し、画角ごとの光束が分離しやすい。さらに、第１の中間像５１は、光軸１００から離れるにつれて像面が縮小側に僅かに倒れるように、光軸１００に対し略垂直に結像されている。このため、第１の中間像５１の近傍の光線９０は略テレセントリックに近い状態で光束が集中しないように分散している。したがって、フォーカシングを行う第１のレンズＬ７を第１の中間像５１に最も近い位置に配置することにより、フォーカシングを行う際に光線経路を急激に変化させることなく、フォーカシングに伴う収差変動を抑えるとともに横倍率（像倍率）を抑えながら、ピント合わせの微調整を行うことができる。このため、投射距離Ｖ３の変化に伴うピント変動をいっそう抑制した、鮮明な拡大画像を投射できる。

【0036】

本例のフォーカシングユニット８０は、距離検出ユニット８１により検出された投射距離Ｖ３の変化に対して、第２の屈折光学系２０に含まれる第１のレンズＬ７を動かす第１の機構を備えている。このため、第１の投射位置Ｐ１（投射距離Ｖ３＝−５５０ｍｍ）から第２の投射位置Ｐ２（投射距離Ｖ３＝−７００ｍｍ）へ投射距離Ｖ３が変化すると、第１の機構が第１のレンズＬ７を縮小側から拡大側へ、すなわち第１の中間像５１の側から第２の中間像５２の側へ約０．６４ｍｍ動かすことによりフォーカシングを行う。

【0037】

さらに、第１の反射面３１ａは投射距離Ｖ３の変化に対してフォーカシングを行う際に動かない。フォーカシングを行う際にミラー３１を動かすと偏芯が発生しやすく、近点および遠点の結像性能が不均衡となりやすい。この投射光学系１においては、投射距離Ｖ３の変化に対してミラー３１を固定し、第１のレンズＬ７を移動させることにより、第２の屈折光学系２０の中でフォーカシングを完結できる。このため、ミラー３１の取り付け公差（誤差）が投射画像の結像性能に与える影響（公差感度）を低減できる。

【0038】

なお、第１のフォーカスレンズ群６１は、距離補正用レンズ群７１の他に、投射距離Ｖ３の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群を備えていてもよく、その距離補正用レンズ群は、４枚のレンズＬ８〜Ｌ１１から構成されていることが好ましい。投射距離Ｖ３の変化に伴う像面湾曲の変動をさらに良好に補正できる。距離補正用レンズ群のそれぞれは、独立または連動して移動してもよい。

【0039】

また、第１のフォーカスレンズ群６１は、投射光学系１の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する温度補正用レンズ群（第１の温度補正用レンズ群）を備えていてもよく、その温度補正用レンズ群は、５枚のレンズＬ７〜Ｌ１１から構成されていることが好ましい。投射光学系１を設置する周辺温度の変化に伴う、レンズの屈折率の変化によるピント変動（バックフォーカス変動）を補正した、鮮明な拡大画像を投射できる。

【0040】

また、第１の屈折光学系１０は、投射環境の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２のフォーカスレンズ群を備えていてもよい。第２のフォーカスレンズ群は、投射距離Ｖ３の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する幾つかの距離補正用レンズ群（第２の距離補正用レンズ群）を備えていてもよく、幾つかの距離補正用レンズ群は、４枚のレンズＬ１〜Ｌ４から構成されているものや、２枚のレンズＬ５およびＬ６から構成されているものを含む。さらに、第２のフォーカスレンズ群は、周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する温度補正用レンズ群（第２の温度補正用レンズ群）を備えていてもよく、その温度補正用レンズ群は、４枚のレンズＬ１〜Ｌ４から構成されていることが好ましい。すなわち、距離補正用レンズ群として移動する４枚のレンズＬ１〜Ｌ４を、温度補正用レンズ群として移動させてもよい。温度補正用レンズ群のそれぞれは、独立または連動して移動してもよい。

【0041】

この投射光学系１においては、第１の中間像５１の結像位置の前後、すなわち第１の中間像５１の縮小側および拡大側において画角ごとの光束が分離しやすい。この投射光学系１においては、第１の中間像５１に対して空気間隔のみを挟んだ縮小側に両面非球面の負レンズＬ６を配置し、第１の中間像５１に対して空気間隔のみを挟んだ拡大側に両面非球面の正レンズＬ７を配置している。このため、第１の中間像５１を、非球面形状の凸面Ｓ１１および凸面Ｓ１２により挟むことができる。したがって、コマ収差および球面収差の発生を抑制できるとともに、像面湾曲、非点収差および歪曲収差などの軸外収差も効果的に補正できる。さらに、ＤＭＤ７および第１の反射面３１ａは光軸１００に対して同方向の第１の方向１０１ａに配置されており、ＤＭＤ７からの主光線９１は第１の中間像５１を経由して第１の反射面３１ａへ折り返される。このため、第１の中間像５１の前後の負レンズＬ６および正レンズＬ７のレンズ径は大きくなりやすい。したがって、負レンズＬ６および正レンズＬ７を樹脂製とすることにより、諸収差を効果的に補正するとともに低コスト化を図りやすい。

【0042】

この投射光学系１においては、第１の屈折光学系１０のペッツバール和（像面湾曲の三次収差係数）ＰＴＺ１、歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ１、およびコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ１と、第２の屈折光学系２０のペッツバール和ＰＴＺ２、歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ２、およびコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ２とが以下の条件（１）〜（３）を満たすように設計できる。
｜ＰＴＺ１｜＜｜ＰＴＺ２｜ ・・・・・（１）
｜ＤＳＴ１｜＜｜ＤＳＴ２｜ ・・・・・（２）
−０．５＜｜ＴＣＯ１｜−｜ＴＣＯ２｜＜０．５・・・・・（３）

【0043】

この投射光学系１においては、条件（１）により、第１の屈折光学系１０よりも第２の屈折光学系２０の像面湾曲の補正効果を大きくし、条件（２）により、第１の屈折光学系１０よりも第２の屈折光学系２０の歪曲収差の補正効果を大きくし、条件（３）により、第１の屈折光学系１０および第２の屈折光学系２０のコマ収差の補正効果をほぼ等しくしている。すなわち、第１の反射面３１ａにより発生する像面湾曲および歪曲収差の大部分を第２の屈折光学系２０が補正し、第２の屈折光学系２０の補正により残った像面湾曲および歪曲収差を第１の屈折光学系１０が補正することにより、第２の屈折光学系２０の補正負担を軽減している。したがって、第２の屈折光学系２０の構成を簡素化でき、第２の屈折光学系２０をコンパクトにできる。条件（３）の上限は、０．２５であることが望ましく、０．１であることがさらに望ましい。また、条件（３）の下限は、−０．２５であることが望ましく、−０．１であることがさらに望ましい。第１の屈折光学系１０と第２の屈折光学系２０とでコマ収差をキャンセルできる。

【0044】

この投射光学系１においては、第１の中間像５１の像面湾曲量ＦＣ１と、第２の中間像５２の像面湾曲量ＦＣ２とが以下の条件（４）および（５）を満たすように設計できる。
０＜ＦＣ１×ＦＣ２ ・・・・・（４）
０．０３＜｜ＦＣ１｜ ・・・・・（５）

【0045】

この投射光学系１においては、条件（４）により、第１の中間像５１および第２の中間像５２のそれぞれの像面湾曲の向き（符号）を同じにし、条件（５）により、第１の中間像５１の像面湾曲量ＦＣ１を所定の量よりも大きくし、第２の屈折光学系２０の補正により残った像面湾曲を第１の屈折光学系１０により補正している。本例では、第１の屈折光学系１０および第２の屈折光学系２０により、第１の中間像５１および第２の中間像５２のそれぞれが縮小側に凹形状（拡大側に凸形状）の像面を向けるように結像されている。第１の中間像５１および第２の中間像５２のそれぞれは、縮小側に凸形状（拡大側に凹形状）の像面を向けるように結像されていてもよい。

【0046】

さらに、第１の屈折光学系１０は、第１の中間像５１の像面が光軸１００から離れるにつれて縮小側に倒れるように傾けて結像させている。このため、第１の中間像５１から出射する主光線９１が光軸１００の側を向くように、すなわち拡大側に向けてテレセントリックよりも下り傾斜するように設計できる。すなわち、第１の中間像５１から出射する主光線９１の光線角度ＡＮＧ１が以下の条件（６）を満たすように設計できる。
ＡＮＧ１＜０ ・・・・・（６）

【0047】

この投射光学系１においては、条件（６）により、第１の中間像５１における主光線９１の光線角度ＡＮＧ１が、発散方向を正としたときに負となるように、すなわち光軸１００と平行な第１の軸１１１に対して俯角となるように設計できる。このため、第２の屈折光学系２０のパワーを強くする必要がない。したがって、第２の屈折光学系２０のレンズ径を小さくできる。

【0048】

図４に、投射光学系１のレンズデータを示している。図５に、投射光学系１の諸数値を示している。レンズデータにおいて、ＲｉはＤＭＤ（ライトバルブ）７の側から順に並んだ各レンズ（各レンズ面）の曲率半径（ｍｍ）、ｄｉはＤＭＤ７の側から順に並んだ各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、ｎｄはＤＭＤ７の側から順に並んだ各レンズの屈折率（ｄ線）、νｄはＤＭＤ７の側から順に並んだ各レンズのアッベ数（ｄ線）を示している。図４において、Ｆｌａｔは平面を示している。図５（ｃ）において、「Ｅｎ」は「１０のｎ乗」を意味し、たとえば「Ｅ−０５」は「１０の−５乗」を意味する。以降の実施形態においても同様である。

【0049】

図５（ａ）に示すように、第１の反射面３１ａとスクリーン９との間の空気間隔（光学的距離、投射距離）Ｖ３は、第１の投射位置Ｐ１において−５５０ｍｍであり、第２の投射位置Ｐ２において−７００ｍｍである。この投射光学系１においては、第１の投射位置Ｐ１と第２の投射位置Ｐ２との間で投射距離Ｖ３が変化すると、負レンズＬ６と正レンズＬ７との間の空気間隔Ｖ１（ｄ１１）と、正レンズＬ７と正レンズＬ８との間の空気間隔Ｖ２（ｄ１３）とを変化させることによりフォーカシングを行う。

【0050】

また、正レンズＬ２の凸面Ｓ３と、負レンズＬ６凹面Ｓ１０および凸面Ｓ１１と、正レンズＬ７の凸面Ｓ１２および凹面Ｓ１３と、ミラー３１の第１の反射面３１ａとは、非球面である。非球面は、Ｘを光軸１００の方向の座標、Ｙを光軸１００と垂直方向の座標、光の進行方向を正、Ｒを近軸曲率半径とすると、図５（ｃ）の係数Ｋ、Ａ３、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２およびＡ１４を用いて次式で表わされる。以降の実施形態においても同様である。
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ^２／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）^２Ｙ^２｝^１／２］
＋Ａ３Ｙ^３＋Ａ４Ｙ^４＋Ａ６Ｙ^６＋Ａ８Ｙ^８＋Ａ１０Ｙ^１０＋Ａ１２Ｙ^１２＋Ａ１４Ｙ^１４

【0051】

図６に、投射光学系１の第１の投射位置Ｐ１におけるコマ収差図を示している。図７に、投射光学系１の第２の投射位置Ｐ２におけるコマ収差図を示している。図８に、投射光学系１の第１の投射位置Ｐ１における歪曲収差図を示している。図９に、投射光学系１の第２の投射位置Ｐ２における歪曲収差図を示している。図６〜図９に示すように、いずれの収差も良好に補正されており、鮮明な拡大画像を投射することができる。なお、コマ収差は、波長６２０ｎｍ（点線）と、波長５５０ｎｍ（実線）と、波長４６０ｎｍ（一点鎖線）とを示している。

【0052】

図１０に、第２の実施形態に係る投射光学系２を示している。図１１に、投射光学系２の光線図を示している。この投射光学系２は、入射側（縮小側）がテレセントリックの変倍を行わない固定焦点（単焦点）タイプの投射光学系である。投射光学系２は、縮小側のＤＭＤ７の側から順に配置された、１２枚のレンズＬ１〜Ｌ１２を含む第１の屈折光学系１０と、６枚のレンズＬ１３〜Ｌ１８を含む第２の屈折光学系２０と、第１の反射面３１ａを備えた１枚のミラー（凹面鏡）３１を含む第１の反射光学系３０とを有する。この投射光学系２においても、第１の像面であるＤＭＤ７に形成された画像が、第１の屈折光学系１０、第２の屈折光学系２０および第１の反射光学系３０により、第２の像面であるスクリーン９に拡大して投射される。なお、上記の実施形態と共通の構成については、共通の符号を付して説明を省略する。以降の実施形態においても同様である。

【0053】

第１の屈折光学系１０は、全体が正の屈折力のレンズ系であり、ＤＭＤ７の側から順に配置された、拡大側に凸面Ｓ２を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１と、縮小側に凸面Ｓ３を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ２と、３枚貼合の接合レンズ（バルサムレンズ、トリプレット）ＬＢ１と、２枚貼合の接合レンズＬＢ２と、拡大側に凸面Ｓ１３を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ８と、両凸タイプの正レンズＬ９と、拡大側に凸面Ｓ１７を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１０と、２枚貼合の接合レンズＬＢ３とから構成されている。接合レンズＬＢ１は、ＤＭＤ７の側から順に配置された、縮小側に凸面Ｓ５を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ３と、両凸タイプの正レンズＬ４と、拡大側に凸面Ｓ８を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ５とから構成されている。接合レンズＬＢ２は、ＤＭＤ７の側から順に配置された、両凹タイプの負レンズＬ６と、両凸タイプの正レンズＬ７とから構成されている。接合レンズＬＢ３は、ＤＭＤ７の側から順に配置された、両凹タイプの負レンズＬ１１と、両凸タイプの正レンズＬ１２とから構成されている。第１の屈折光学系１０の縮小側には、拡大側から順に配置された、プリズム（ＴＩＲプリズム）Ｐｒと、カバーガラスＣＧとを挟んでＤＭＤ７が配置されている。負レンズＬ１０の両面、すなわちＤＭＤ７の側の凹面Ｓ１６よびミラー３１の側の凸面Ｓ１７は非球面である。接合レンズＬＢ２のミラー３１の側、すなわち接合レンズＬＢ２および正レンズＬ８の間の空間には、絞りＳｔが配置されている。

【0054】

第２の屈折光学系２０は、全体が正の屈折力のレンズ系であり、ＤＭＤ７の側から順に配置された、縮小側に凸面Ｓ２１を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１３と、拡大側に凸面Ｓ２４を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１４と、拡大側に凸面Ｓ２６を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１５と、拡大側に凸面Ｓ２８を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１６と、２枚貼合の接合レンズＬＢ４とから構成されている。接合レンズＬＢ４は、縮小側に凸面Ｓ２９を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１７と、両凸タイプの正レンズＬ１８とから構成されている。正レンズＬ１３の両面、すなわちＤＭＤ７の側の凸面Ｓ２１およびミラー３１の側の凹面Ｓ２２は非球面である。

【0055】

さらに、この投射光学系２の第２の屈折光学系２０は、投射環境の変化に対してフォーカシング（焦点調整）を行う際に移動する第１のフォーカスレンズ群６１を含む。本例の第１のフォーカスレンズ群６１は、第１の反射面３１ａおよびスクリーン９の光学的距離（投射距離）Ｖ５の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群（第１の距離補正用レンズ群）７１を含む。距離補正用レンズ群７１は、第２の屈折光学系２０に含まれる６枚のレンズＬ１３〜Ｌ１８の内の最も縮小側に位置する第１のレンズ（正レンズ）Ｌ１３により構成されている。

【0056】

この投射光学系２においては、第２の屈折光学系２０の最も拡大側から２つ目および３つ目のレンズとして正の屈折力を備えた正レンズＬ１６および正レンズＬ１５が配置され、第２の屈折光学系２０の最も拡大側のレンズ（最終レンズ）として両側に凸面Ｓ２９およびＳ３１を向けた接合レンズＬＢ４が配置されている。このため、最終レンズの直前に負の屈折力のレンズを配置することなく、第２の中間像５２に至る光束を効果的に収束させることができる。したがって、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズ径をいっそう小型化できる。このため、第１の反射面３１ａにより反射された光束と第２の屈折光学系２０との干渉を抑制でき、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズをカットする必要もない。したがって、第２の屈折光学系２０は、最終レンズを除いてまたは含めて全て正の屈折力のレンズにより構成されていることが望ましい。

【0057】

この投射光学系２においては、フォーカシングを行う際に、第２の屈折光学系２０の中で最も第１の中間像５１に近い距離補正用レンズ群７１の第１のレンズＬ１３を移動させている。このため、フォーカシングに伴う収差変動を抑制しながら、ピントの微調整を行うことができる。したがって、投射距離Ｖ５の変化に伴う像面湾曲の変動を補正した、鮮明な拡大画像を投射できる。

【0058】

本例のフォーカシングユニット８０は、距離検出ユニット８１により検出された投射距離Ｖ５の変化に対して、第２の屈折光学系２０に含まれる第１のレンズＬ１３を動かす第１の機構を備えている。このため、第１の投射位置Ｐ１（投射距離Ｖ５＝−４６９ｍｍ）から第２の投射位置Ｐ２（投射距離Ｖ５＝−１４４９ｍｍ）へ投射距離Ｖ５が変化すると、第１の機構が第１のレンズＬ１３を縮小側から拡大側へ約１．７７ｍｍ動かすことによりフォーカシングを行う。

【0059】

さらに、この投射光学系２の第１の屈折光学系１０は、投射環境の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２のフォーカスレンズ群６２を含む。本例の第２のフォーカスレンズ群６２は、投射距離Ｖ５の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群（第２の距離補正用レンズ群）７２を含む。距離補正用レンズ群７２は、第１の屈折光学系１０に含まれる７枚のレンズＬ２〜Ｌ８から構成されている。

【0060】

この投射光学系２においては、フォーカシングを行う際に、距離補正用レンズ群７１の第１のレンズＬ１３の他に、距離補正用レンズ群７２のレンズＬ２〜Ｌ８を移動させている。すなわち、レンズＬ２〜Ｌ８は、縮小側のＤＭＤ７と拡大側の第１の中間像５１との間を光軸１００の方向に移動する。このため、レンズＬ２〜Ｌ８を移動させることにより、第１のレンズＬ１３の移動距離を短くできる。したがって、第１のレンズＬ１３と第１の中間像５１との干渉を抑制でき、第１の中間像５１の結像位置をほとんど動かすことなくフォーカシングを行うことができる。このため、広範囲の投射距離Ｖ５の変化に伴うピント変動を抑制した、鮮明な拡大画像を投射できる。

【0061】

本例のフォーカシングユニット８０は、距離検出ユニット８１により検出された投射距離Ｖ５の変化に対して、第１の屈折光学系１０に含まれるレンズＬ２〜Ｌ８を動かす第１の機構を備えている。このため、第１の投射位置Ｐ１（投射距離Ｖ５＝−４６９ｍｍ）から第２の投射位置Ｐ２（投射距離Ｖ５＝−１４４９ｍｍ）へ投射距離Ｖ５が変化すると、第１の機構がレンズＬ２〜Ｌ８を縮小側から拡大側へ約０．９６ｍｍ動かすことによりフォーカシングを行う。

【0062】

なお、第１のフォーカスレンズ群６１は、距離補正用レンズ群７１の他に、投射距離Ｖ５の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群を備えていてもよく、その距離補正用レンズ群は、５枚のレンズＬ１４〜Ｌ１８から構成されていることが好ましい。

【0063】

また、第１のフォーカスレンズ群６１は、投射光学系２の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する温度補正用レンズ群（第１の温度補正用レンズ群）を備えていてもよく、その温度補正用レンズ群は、６枚のレンズＬ１３〜Ｌ１８から構成されていることが好ましい。

【0064】

また、第２のフォーカスレンズ群６２は、距離補正用レンズ群７２の他に、投射距離Ｖ５の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群を備えていてもよく、その距離補正用レンズ群は、４枚のレンズＬ９〜Ｌ１２から構成されていることが好ましい。

【0065】

また、第２のフォーカスレンズ群６２は、投射光学系２の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する幾つかの温度補正用レンズ群（第２の温度補正用レンズ群）を備えていてもよく、幾つかの温度補正用レンズ群は、１枚のレンズＬ１から構成されているものや、１２枚のレンズＬ１〜Ｌ１２から構成されているものを含む。

【0066】

図１２に、投射光学系２のレンズデータを示している。図１３に、投射光学系２の諸数値を示している。図１３（ａ）に示すように、第１の反射面３１ａとスクリーン９との間の空気間隔（光学的距離、投射距離）Ｖ５は、第１の投射位置Ｐ１において−４６９ｍｍであり、第２の投射位置Ｐ２において−１４４９ｍｍである。この投射光学系２においては、第１の投射位置Ｐ１と第２の投射位置Ｐ２との間で投射距離Ｖ５が変化すると、正レンズＬ１と正レンズＬ２との間の空気間隔Ｖ１（ｄ２）と、正レンズＬ８と正レンズＬ９との間の空気間隔Ｖ２（ｄ１３）と、正レンズＬ１２と正レンズＬ１３との間の空気間隔Ｖ３（ｄ２０）と、正レンズＬ１３と正レンズＬ１４との間の空気間隔Ｖ４（ｄ２２）とを変化させることによりフォーカシングを行う。

【0067】

図１４に、投射光学系２の第１の投射位置Ｐ１におけるコマ収差図を示している。図１５に、投射光学系２の第２の投射位置Ｐ２におけるコマ収差図を示している。図１６に、投射光学系２の第１の投射位置Ｐ１における歪曲収差図を示している。図１７に、投射光学系２の第２の投射位置Ｐ２における歪曲収差図を示している。図１４〜図１７に示すように、いずれの収差も良好に補正されており、鮮明な拡大画像を投射することができる。なお、コマ収差は、波長６５０ｎｍ（点線）と、波長５５０ｎｍ（実線）と、波長４４０ｎｍ（一点鎖線）とを示している。

【0068】

図１８に、第３の実施形態に係る投射光学系３を示している。この投射光学系３は、投射光学系２を、第１の屈折光学系１０の途中で屈曲させたタイプの投射光学系である。投射光学系３の第１の屈折光学系１０は、正レンズＬ８と正レンズＬ９との間の空間で光軸１００をほぼ直角に折り曲げるためのミラー９５を含む。この投射光学系３においては、ミラー９５が第１の屈折光学系１０を屈曲させることにより、投射光学系３の全長を短くできる。さらに、第１の屈折光学系１０を屈曲させることにより形成されたスペース９９に、照明光学系８やフォーカシング機構８０を配置することにより、投射光学系３および照明光学系８などを含めたプロジェクタ６を小型化できる。

【0069】

図１９に、第４の実施形態に係る投射光学系４を示している。この投射光学系４は、投射光学系２を、第２の屈折光学系２０の途中で屈曲させたタイプの投射光学系である。さらに、図２０に、第５の実施形態に係る投射光学系５を示している。この投射光学系５は、投射光学系２を、第２の屈折光学系２０とミラー３１との間で屈曲させたタイプの投射光学系である。図１９および図２０に示すように、投射光学系４および５においては、第２の屈折光学系２０およびミラー３１を小型化できるため、投影光の投射方向をミラー３１の近傍で変化させたとしても、第１の反射面３１ａにより反射された投影光と、第２の屈折光学系２０やミラー３１との干渉を抑制できる。これらの投射光学系３ないし５は、適当な位置で光路を複数回折り曲げるための複数のプリズムやミラー（鏡面）を備えていてもよい。

【0070】

なお、本発明はこれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に規定されたものを含む。投射光学系の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際には、第１の屈折光学系および第２の屈折光学系の屈折光学系全体を移動させてもよく、第２の屈折光学系および第１の反射光学系を移動させてもよく、第１の屈折光学系、第２の屈折光学系および第１の反射光学系の投射光学系全体を移動させてもよく、第１の反射光学系だけを移動させてもよい。また、第１の屈折光学系、第２の屈折光学系および第１の反射光学系を有する本光学系は、投射用だけでなく撮影用を含む種々の用途に用いることが可能である。また、投射光学系に含まれるレンズ面および鏡面（反射面）は回転対称の球面または非球面であってもよく、回転非対称の面、たとえば自由曲面であってもよい。また、第１の屈折光学系の光軸および第２の屈折光学系の光軸は共通であってもよく、偏心（シフト）していてもよい。また、投射光学系は、変倍を行わない固定焦点タイプであってもよく、変倍を行う可変焦点（ズーム）タイプであってもよい。また、第１の屈折光学系および第２の屈折光学系に含まれるレンズの少なくとも何れかおよび／または第１の反射光学系に含まれる反射面は、光軸から偏心していてもよい。その場合、各光学系の光軸は主たる光学素子の光軸を含む。また、第１の屈折光学系の光軸および第２の屈折光学系の光軸は共通であってもよく、偏心（シフト）していてもよい。また、第１の反射光学系の拡大側にさらに屈折光学系を備えていてもよい。また、投射光学系に含まれるレンズおよび／または反射面にアナモフィックな光学素子を用いることも可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】