特許 6811636 投射光学系および画像表示装置

(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】6811636

(24)【登録日】2020年12月17日

(45)【発行日】2021年1月13日

(54)【発明の名称】投射光学系および画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 17/08 20060101AFI20201228BHJP

   G02B 13/16 20060101ALI20201228BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20201228BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20201228BHJP

【ＦＩ】

   G02B17/08 A

   G02B13/16

   G02B13/18

   G03B21/14 D

【請求項の数】17

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2017-24384(P2017-24384)

(22)【出願日】2017年2月13日

(65)【公開番号】特開2018-132565(P2018-132565A)

(43)【公開日】2018年8月23日

【審査請求日】2019年12月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】514274487

【氏名又は名称】リコーインダストリアルソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100127111

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 修一

(74)【代理人】

【識別番号】100090103

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 章悟

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼野 洋平

【審査官】 岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０４９３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１７０１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３３７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−００３８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−００９０３７（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】

画像表示素子の画像形成部に表示される画像を被投射面上に拡大投影する投射光学系であって、
複数のレンズ群を有する屈折光学系と、反射光学系とを有し、
前記反射光学系は、屈折力のある反射光学素子を少なくとも１個有し、
前記屈折光学系は、２種の正レンズＰ１、Ｐ２をそれぞれ１枚以上有し、
前記正レンズＰ１は、
２０℃〜４０℃の範囲におけるＤ線における相対屈折率の温度係数：ｄｎｄＴＰ１、アッベ数：ｖｄＰ１が、条件：
（１） ２＜ｄｎｄＴＰ１
（２） ６０＜ｖｄＰ１
を満足するレンズ材料により形成され、
前記正レンズＰ２は、
アッベ数：ｖｄＰ２が条件：
（３） ５０＜ｖｄＰ２
を満足し、且つ、ｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれ、ｎｇ、ｎＦ、ｎｄ、ｎＣとして、
θｇＦ２＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
で定義されるθｇＦ２と前記アッベ数：ｖｄＰ２とにより、
ΔθｇＦ２＝θｇＦ２−（−０．００１６１８×ｖｄＰ２＋０．６４１５）
で定義されるΔθｇＦ２が、条件：
（４） ０．００４＜ΔθｇＦ２
を満足するレンズ材料により形成されており、
前記屈折光学系が、縮小側から拡大側に向かって順次、第１ないし第６レンズ群を配して構成されている投射光学系。

【請求項2】

画像表示素子の画像形成部に表示される画像を被投射面上に拡大投影する投射光学系であって、
複数のレンズ群を有する屈折光学系と、反射光学系とを有し、
前記反射光学系は、屈折力のある反射光学素子を少なくとも１個有し、
前記屈折光学系は、２種の正レンズＰ１、Ｐ２を有し、
前記正レンズＰ１は、
２０℃〜４０℃の範囲におけるＤ線における相対屈折率の温度係数：ｄｎｄＴＰ１、アッベ数：ｖｄＰ１が、条件：
（１） ２＜ｄｎｄＴＰ１
（２） ６０＜ｖｄＰ１
を満足するレンズ材料により形成され、
前記正レンズＰ２は、
アッベ数：ｖｄＰ２が条件：
（３） ５０＜ｖｄＰ２
を満足し、且つ、ｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれ、ｎｇ、ｎＦ、ｎｄ、ｎＣとして、
θｇＦ２＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
で定義されるθｇＦ２と前記アッベ数：ｖｄＰ２とにより、
ΔθｇＦ２＝θｇＦ２−（−０．００１６１８×ｖｄＰ２＋０．６４１５）
で定義されるΔθｇＦ２が、条件：
（４） ０．００４＜ΔθｇＦ２
を満足するレンズ材料により形成されており、
フォーカシングに際して不動または移動する１以上の移動レンズ群を有し、前記正レンズＰ１、Ｐ２が、同一の移動レンズ群に含まれる投射光学系。

【請求項3】

請求項２記載の投射光学系であって、
前記屈折光学系が、縮小側から拡大側に向かって順次、第１ないし第６レンズ群を配して構成される投射光学系。

【請求項4】

請求項１ないし３の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズＰ１のｄ線における焦点距離：ＦＰ１、前記正レンズＰ２のｄ線における焦点距離：ＦＰ２が、条件：
（５） ０．１＜ＦＰ２／ＦＰ１＜２
を満足する投射光学系。

【請求項5】

請求項１ないし４の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズＰ１が球面レンズである投射光学系。

【請求項6】

請求項１ないし５の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズＰ２のレンズ材料の、２０℃〜４０℃の範囲におけるＤ線に対する相対屈折率の温度係数：ｄｎｄＴＰ２が、条件：
（６） ０＞ｄｎｄＴＰ２
を満足する投射光学系。

【請求項7】

請求項１ないし６の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズＰ１および前記正レンズＰ２が、開口絞りを含むレンズ群に含まれる投射光学系。

【請求項8】

請求項１ないし７の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズＰ１が、開口絞りよりも縮小側に配置されている投射光学系。

【請求項9】

請求項１ないし８の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズＰ１、Ｐ２が共に、最も縮小側のレンズ群に含まれている投射光学系。

【請求項10】

請求項１ないし９の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズＰ１および正レンズＰ２はフォーカシングに際して移動しないレンズ群に含まれる投射光学系。

【請求項11】

請求項１ないし１０の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記正レンズＰ１および正レンズＰ２を保持する保持部材が金属である投射光学系。

【請求項12】

請求項１ないし１１の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記反射光学系における屈折力を有する反射光学素子が１枚の凹面ミラーである投射光学系。

【請求項13】

画像表示素子の画像形成部に表示される画像を投射光学系により被投射面上に拡大投影して画像表示する画像表示装置であって、
前記投射光学系として請求項１ないし１２の何れか１項に記載のものを用いる画像表示装置。

【請求項14】

請求項１３記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系として請求項１２記載のものが用いられ、
前記凹面ミラーと結像光線との交点のうち、前記被投射面と垂直な方向において前記被投射面までの距離が最大となる交点Ｐから前記被投射面までの前記被投射面に垂直な方向における距離：ＰＬと、前記被投射面に投射される最大画像の横幅：Ｗとの比：ＴＲ（＝ＰＬ／Ｗ）が、条件：
（７） ＴＲ＜０．３５
を満足する画像表示装置。

【請求項15】

請求項１３または１４記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系における前記屈折光学系の光軸と前記画像形成部の交点と、前記屈折光学系の前記画像形成部に最も近いレンズの前記画像形成部との間の前記光軸上の距離：ＢＦ、前記光軸と前記画像形成部との距離の最大値：Ｙが、条件：
（８） ＢＦ／Ｙ＜３．５
を満足する画像表示装置。

【請求項16】

請求項１３ないし１５の何れか１項に記載の画像表示装置であって、
前記画像形成部の画素ピッチ：ＰＴ、前記屈折光学系の光軸と前記画像形成部との距離の最大値：Ｙが、条件：
（９） ＰＴ／Ｙ＜０．００１
を満足する画像表示装置。

【請求項17】

請求項１３ないし１６の何れか１項に記載の画像表示装置であって、
前記屈折光学系よりも拡大側にある光学素子と前記結像光線との交点のうち、前記画像形成部に直交する方向において前記画像形成部からの距離が最大となる交点Ｑと、前記画像形成部との前記方向における距離：ＰＬＱと、前記屈折光学系の光軸と前記画像形成部との距離の最大値：Ｙが、条件：
（１０） １０＜ＰＬＱ／Ｙ＜３０
を満足する画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は投射光学系および画像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

画像表示素子の画像形成部に表示される画像を被投射面上に拡大投影して画像表示する画像表示装置（以下「プロジェクタ」ともいう。）は、従来から種々の方式のものが知られている。画像表示素子としては、ＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）や、液晶パネル等、所謂「ライトバルブ」と呼ばれるものが種々知られている。画像形成部は、ライトバルブにおいて「拡大投影される画像が表示される部分」である。
被投射面上に拡大投影される画像を以下において「投射画像あるいは拡大画像」ともいう。
投射光学系は、画像形成部に表示される画像を被投射面上に拡大して結像させる光学系であり、従来から種々のものが提案されている。被投射面は一般的には「スクリーン面」である。
投射光学系の構成として、屈折光学系と「屈折力を有する反射光学系」とを組み合わせて短い投射距離を実現するものが知られている（特許文献１〜３等）。「屈折光学系」は、複数レンズの組み合わせで構成される光学系である。屈折光学系を通った結像光束を、屈折力を有する反射光学系で被投射面側に反射させることにより投射距離を短くできる。
近来、被投射面上に拡大投影される「拡大画像の明るさ」が強く求められているが、明るい拡大画像を実現しようとすると、光源や駆動電源において不可避的に発熱が増大し、投射光学系への熱の影響も避けがたい。熱の影響で投射光学系が昇温すると、像面湾曲や色収差等が影響を受け易く、また、解像度も影響を受けて低解像度化し易い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

この発明は、屈折光学系と屈折力を有する反射光学系とを有し、熱の影響を考慮した新規な投射光学系の実現を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

この発明の投射光学系は、画像表示素子の画像形成部に表示される画像を被投射面上に拡大投影する投射光学系であって、複数のレンズ群を有する屈折光学系と、反射光学系とを有し、前記反射光学系は、屈折力のある反射光学素子を少なくとも１個有し、前記屈折光学系は、２種の正レンズＰ１、Ｐ２をそれぞれ１枚以上有し、前記正レンズＰ１は、２０℃〜４０℃の範囲におけるＤ線における相対屈折率の温度係数：ｄｎｄＴＰ１、アッベ数：ｖｄＰ１が、条件：
（１） ２＜ｄｎｄＴＰ１
（２） ６０＜ｖｄＰ１
を満足するレンズ材料により形成され、前記正レンズＰ２は、
アッベ数：ｖｄＰ２が条件：
（３） ５０＜ｖｄＰ２
を満足し、且つ、ｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれ、ｎｇ、ｎＦ、ｎｄ、ｎＣとして、
θｇＦ２＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
で定義されるθｇＦ２と前記アッベ数：ｖｄＰ２とにより、
ΔθｇＦ２＝θｇＦ２−（−０．００１６１８×ｖｄＰ２＋０．６４１５）
で定義されるΔθｇＦ２が、条件：
（４） ０．００４＜ΔθｇＦ２
を満足するレンズ材料により形成されており、前記屈折光学系が、縮小側から拡大側に向かって順次、第１ないし第６レンズ群を配して構成されている。

【発明の効果】

【0005】

この発明によれば、屈折光学系と屈折力を有する反射光学系とを有し、熱の影響を考慮した新規な投射光学系を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】画像表示装置の実施の１形態を説明図的に示す図である。

【図2】画像表示装置における画像形成部の1例を説明する図である

【図3】被投射面（スクリーン）における画像形成部領域における画角（Ｆ１〜Ｆ１３）の位置を説明するための図である。

【図4】図１に示す画像表示装置に用いられる投射光学系の屈折光学系を説明する図である。

【図5】実施例１の投射光学系の遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図6】実施例１の投射光学系の基準距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図7】実施例１の投射光学系の近距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図8】実施例１の投射光学系の昇温時での遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図9】画像表示装置の実施の別形態を説明図的に示す図である。

【図10】図９に示す画像表示装置に用いられる投射光学系の屈折光学系を説明するための図である。

【図11】実施例２の投射光学系の遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図12】実施例２の投射光学系の基準距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図13】実施例２の投射光学系の近距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図14】実施例２の投射光学系の昇温時での遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図15】画像表示装置の実施の他の別形態を説明図的に示す図である。

【図16】図１５に示す画像表示装置に用いられる投射光学系の屈折光学系を説明するための図である。

【図17】実施例３の投射光学系の遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図18】実施例３の投射光学系の基準距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図19】実施例３の投射光学系の近距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【図20】実施例３の投射光学系の昇温時での遠距離における各画角のスポットダイアグラムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

具体的な実施の形態を説明するのに先立って、この発明の投射光学系と画像表示装置とを説明する。
上記の如く、この発明の投射光学系は、屈折光学系と反射光学系とを有し、屈折光学系は６群のレンズ群を有し、反射光学系は「屈折力を有する反射光学素子」を少なくとも１個有する。
「複数のレンズ群を有する屈折光学系」を構成するレンズのうちに、正レンズＰ１と正レンズＰ２との２種の正レンズが、それぞれ１枚以上含まれる。即ち、正レンズＰ１と正レンズＰ２とは、一方もしくは双方が２枚以上含まれていてもよい。
正レンズＰ１は、以下の条件（１）、（２）を満足するレンズ材料で形成される。
（１） ２＜ｄｎｄＴＰ１
（２） ６０＜ｖｄＰ１
条件（１）における「ｄｎｄＴＰ１」は、２０℃〜４０℃の範囲における「Ｄ線（波長５８９．２９ｎｍ）における相対屈折率の温度係数」であり、条件（２）における「ｖｄＰ１」は、アッベ数である。

【0008】

正レンズＰ２は、以下の条件（３）、（４）を満足するレンズ材料で形成される。
（３） ５０＜ｖｄＰ２
（４） ０．００４＜ΔθｇＦ２
条件（３）における「ｖｄＰ２」は、アッベ数である。
条件（４）における「ΔθｇＦ２」は、以下の式（Ａ）により定義される。

【0009】

（Ａ） ΔθｇＦ２＝θｇＦ２−（−０．００１６１８×ｖｄＰ２＋０．６４１５）
式（Ａ）における「ｖｄＰ２」は、上記の如く正レンズＰ２のレンズ材料のアッベ数である。また、「θｇＦ２」は、正レンズＰ２のレンズ材料の「部分分散比」であり、該レンズ材料のｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）での屈折率：Ｎｇ、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）での屈折率：ＮＦ、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）での屈折率：Ｎｄ、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）での屈折率：ＮＣ、により、以下の式（Ｂ）で定義される。
θｇＦ２＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
条件（４）のパラメータ：ΔθｇＦは「異常分散性を表す式」としてよく知られており、縦軸に部分分散比：θｇＦ、横軸にアッベ数：ｖｄを取り、ＯＨＡＲＡ社のＮＳＬ７（５１１６０５）とＰＢＭ２（６２０３６３）を結ぶ直線の式と各硝種のθｇFとの差を表している。

【0010】

条件（３）、（４）を満足するレンズ材料は「異常分散性の高い硝材」であり、このような材料により形成される正レンズＰ２を「屈折光学系中に１枚以上用いる」ことにより、高度な色収差補正が可能になり、「高精細な画像を表示できる画像表示素子」を用いて「高精細なカラーの投射画像」を得ることが可能となる。
しかしながら、条件（３）、（４）を満足するレンズ材料は、一般的に「屈折率温度係数の値が負で大きな値」を持つ。このため、温度変化による「屈折力の負の変化」が大きくなる。このため正レンズＰ２の正の屈折力が、投射光学系の温度上昇の影響を受けて弱まる方向へ変化する。
条件（１）、（２）を満足する正レンズＰ１は、条件（１）を満足することにより、正の屈折力が温度上昇により増加する方向に変化する。
従って、投射光学系の温度上昇による「正レンズＰ２における正の屈折力の減少傾向を、正レンズＰ１における正の屈折力の増加傾向により相殺する」ことにより、投射光学系の解像性能を「投射光学系の温度変化に拘らず良好に維持」することが可能となる。

【0011】

条件（１）ないし（４）の各パラメータは、より好ましくは、以下の条件（１Ａ）ないし（４Ａ）を満足するのが良い。
（１Ａ） ３＜ｄｎｄＴＰ１
（２Ａ） ６２＜ｖｄＰ１
（３Ａ） ７２＜ｖｄＰ２
（４Ａ） ０．００４８＜ΔθｇＦ２
条件（２）、（４）の各パラメータは、より好ましくは、以下の条件（２Ｂ）、（４Ｂ）を満足するのが良い。
（２Ｂ） ６２＜ｖｄＰ１＜７０
（４Ｂ） ０．００７＜ΔθｇＦ２ 。

【0012】

２種の正レンズＰ１および正レンズＰ２は、さらに、以下の条件（５）を満足することが好ましい。
（５） ０．１＜ＦＰ２／ＦＰ１＜２
条件（５）において、「ＦＰ１」は正レンズＰ１のｄ線における焦点距離、「ＦＰ２」は正レンズＰ２のｄ線における焦点距離である。
条件（５）は正レンズＰ１と正レンズＰ２の屈折力（ともに正である。）の比の好適な範囲を規制している。
投射距離が短い投射光学系による投射画像の結像は、被投射面における焦点深度が狭く、解像度の高い高精細な投射画像を結像させようとすると、高度な温度補正が必要になる。
条件（５）の下限値を下回ると、正レンズＰ２の屈折力に対して、正レンズＰ１の屈折力が相対的に小さくなり、温度上昇に伴う正レンズＰ２の屈折力の減少を、正レンズＰ１の屈折力の増加で補償することが困難となり易い。逆に、条件（５）の上限を上回ると、正レンズＰ２の屈折力が、正レンズＰ１の屈折力に対して相対的に小さくなり、温度上昇に伴う正レンズＰ２の屈折力の減少に対して、正レンズＰ１の屈折力の増加が過剰となって適正な温度補正が困難になり易く、解像性能を劣化させ易い。

【0013】

条件（５）のパラメータは、より好ましくは以下の条件：
（５Ａ） ０．１＜ＦＰ２／ＦＰ１＜２
を満足することが好ましい。

【0014】

前述のごとく、正レンズＰ１は１枚以上用いることができるが、条件（１）、（２）を満足するレンズ材料による正レンズＰ１を、低コストで実現できる「球面レンズ」として形成すると、投射光学系のコスト低減に有効であり、正レンズＰ１を２枚以上用いても投射光学系のコスト上昇を抑制できる。

【0015】

正レンズＰ２は、その「２０℃ないし４０℃の温度範囲におけるＤ線に対する相対屈折率の温度係数：ｄｎｄＴＰ２が、条件：
（６） ０＞ ｄｎｄＴＰ２
を満足することが好ましい。
条件（１）を満足する正レンズＰ１とともに、条件（６）を満足する正レンズＰ２を用いることにより、投射距離が極めて短い「超短投射プロジェクタ」においても、温度変化による像面移動量を小さくできる。
条件（６）のパラメータは、より好ましくは、以下の条件：
（６Ａ） −３＞ ｄｎｄＴＰ２
を満足することが好ましい。

【0016】

屈折光学系は上述の如く「複数のレンズ群」を有し、正レンズＰ１、正レンズＰ２は、基本的には、複数のレンズ群中に適宜に配置することができる。
投射光学系が光源等の熱源からの熱の影響を受けた場合、熱源と屈折光学系の位置関係により、屈折光学系内で温度が均一にならずに、レンズ群の配列方向に温度勾配が発生しやすい。このような点を鑑みると、正レンズＰ１と正レンズＰ２とは「同一のレンズ群内」に含まれることが好ましい。正レンズＰ１と正レンズＰ２とを同一のレンズ群に含めると、これらの正レンズの距離が小さくなり、温度勾配によるレンズ間の温度差が小さくなって、温度変化による性能劣化の補償を効率よく行うことができる。
なお、ここで「レンズ群」とは、１つのレンズ保持部材により保持された複数のレンズを言う。

【0017】

正レンズＰ１と正レンズＰ２とはまた、開口絞りを含むレンズ群に含めるのが良い。開口絞りを含むレンズ群内に、含まれる正レンズＰ１が条件（２）を満足し、正レンズＰ２が条件（３）、（４）を満足することにより、色収差、特に「軸状色収差」を高度に補正することができる。
一方において、開口絞りの近傍は「光束が絞られる」ことにより昇温しやすく、温度が高くなり易い。このような位置に配置される正レンズＰ１が条件（１）を満足することにより、投射光学系の温度変化による像面移動も高度に補正することが可能となる。

【0018】

なお、「開口絞り位置」は、屈折光学系を通る「画像表示素子全域からの光線の束(全体光束)の太さが最も細くなる位置」をいう。

【0019】

正レンズＰ１はまた「開口絞りよりも縮小側」に配置するのが良い。開口絞りの縮小側は特に温度が高くなりやすく、正レンズＰ１を「開口絞りの縮小側」に配置することにより、良好な温度補償を行うことが可能となる。

【0020】

また、正レンズＰ１、正レンズＰ２ともに「最も縮小側のレンズ群」に含めるのが良い。最も縮小側のレンズ群は照明光学系等の熱源に近くなり易く、特に高温になりやすい。正レンズＰ１、正レンズＰ２を最も縮小側のレンズ群に配置することにより、温度変化に対する性能補償が容易になる。

【0021】

さらに、フォーカシングに伴い移動する「移動レンズ群」が複数ある場合に、正レンズＰ１、正レンズＰ２を移動レンズ群に設ける場合には、正レンズＰ１、正レンズＰ２を「同一の移動レンズ群」に含めることが好ましい。フォーカシングに伴いレンズ群が変位しても、正レンズＰ１と正レンズＰ２との相対的な位置関係を不変に保てるので、温度変化に伴う補正が容易になるからである。

【0022】

より好ましくは、正レンズＰ１、正レンズＰ２は「フォーカシングに際して移動しないレンズ群」に配置されることが好ましい。フォーカシングに伴う変位や、位置関係の変化を考慮せずに温度補正が可能となる。

【0023】

正レンズＰ１および正レンズＰ２は「金属による保持部材により保持する」ことが好ましい。正レンズＰ１と正レンズＰ２とを保持する保持部材が金属製であると、金属の持つ高い熱伝導率により、正レンズＰ１と正レンズＰ２の温度差を迅速に減少させることができ、温度変化による光学特性の補正が容易になる。

【0024】

屈折光学系とともに投射光学系を構成する反射光学系の「屈折力を持つ反射光学素子」としては「凹面ミラー」を好適に用いることができる。反射光学素子は１個に限らず、複数個用いることもできる。また「光路を屈曲する平面鏡」を投射光学系内に適宜に配置できる。反射光学素子として凹面ミラーを用いると、凹面ミラーの屈折力を屈折光学系の結像機能に組み合わせて、良好な投射画像を実現することが容易である。

【0025】

この場合、屈折光学系により「画像形成部に表示された画像に共役な中間像」を、屈折光学系と凹面ミラーとの間に結像させ、この中間像を凹面ミラーで拡大して被投射面上に拡大画像として結像させることができる。

【0026】

屈折光学系を構成する複数のレンズ群としては、種々の構成が可能である。
屈折光学系は、例えば「縮小側から拡大側に向かって順次、第１ないし第６レンズ群を配して構成」することができ、また「縮小側から拡大側に向かって順次、第１ないし第４レンズ群を配して構成」することもできる。勿論、屈折光学系のレンズ群構成はこれらの例に限定されるものではない。

【0027】

この発明の画像表示装置（プロジェクタ）は、画像表示素子の画像形成部に表示される画像を投射光学系により被投射面上に拡大投影して画像表示する画像表示装置であって、上に説明した投射光学系を用いるものである。
画像表示装置に用いる投射光学系が「屈折力を持つ反射光学素子」として１枚の凹面ミラーを用いる場合には、条件：
（７） ＴＲ＜０．３５
を満足することが好ましい。
条件（７）のパラメータ「ＴＲ」は、凹面ミラーと結像光線との交点のうち「被投射面と垂直な方向において被投射面までの距離が最大となる交点Ｐ」から、被投射面までの「被投射面に垂直な方向における距離：ＰＬ」と、被投射面に投射される最大画像の横幅：Ｗとの比：ＰＬ／Ｗである。
「被投射面に投射される最大画像」は、被投射面に投射される投射画像の最大のものであり、投射距離が「遠距離」のときの投射画像である。
最大画像の横幅：Ｗが大きいほど「投射画像のサイズ」が大きく、距離：ＰＬが短いほど、凹面ミラーと被投射面との間隔（これを以下において「投射距離」ともいう。）が小さくなる。条件（７）を満足することにより、短い投射距離で大きな投射画像を表示できる。

【0028】

なお、パラメータ：ＴＲは、より好ましくは、以下の条件：
（７Ａ） ＴＲ＜０．３０
を満足するのが良い。
画像表示装置はまた、条件：
（８） ＢＦ／Ｙ＜３．５
を満足するのがよい。
条件（８）のパラメータにおける「ＢＦ」は、投射光学系における屈折光学系の光軸と画像形成部の交点と、屈折光学系の「画像形成部に最も近いレンズ」の画像形成部との間の光軸上の距離である。
即ち、「ＢＦ」は屈折光学系の縮小側の「バックフォーカス」である。
また「Ｙ」は、屈折光学系の光軸と画像形成部との距離の最大値である。
補足すると、屈折光学系は複数の光軸対称なレンズを有する。これら光軸対称なレンズの複数個が共通の光軸を共有するとき、共有された光軸を「屈折光学系の光軸」と称する。屈折光学系を構成する複数のレンズのうちには、他のレンズと「光軸を共有しないレンズ」が１以上存在してもよく。このような場合には、このようなレンズ以外の「光軸を共有するレンズ」により共有された光軸を「屈折光学系の光軸」とする。
条件（８）を満足させることにより、バックフォーカス（ＢＦ）を短くできることにより、投射光学系の「より小型化」が可能となる。バックフォーカスを短くすると、照明光源等の熱源に近い「最も縮小側のレンズ群」が昇温し易く、温度変化による像面移動が起こり易くなるが、正レンズＰ１、正レンズＰ２を用いることにより、温度変化による像面移動を抑えることが可能となる。

【0029】

また、上記「Ｙ」は、画像表示素子の「画素ピッチ：ＰＴ」とともに、条件：
（９） ＰＴ／Ｙ＜０．００１
を満足することが好ましい。
条件（９）を満足するような画像表示素子は「画素ピッチ：ＰＴが小さく」、従って、高精細な画像の表示が可能である。画素ピッチが小さいと、被投射面における焦点深度も小さくなり、温度変化による像面の変位が温度変化に敏感になるが、正レンズＰ１と正レンズＰ２とを用いることにより、上述した如く、良好な投射を実現できる。
画像表示装置はまた、条件：
（１０） １０＜ＰＬＱ／Ｙ＜３０
を満足することが好ましい。
条件（１０）のパラメータにおける「ＰＬＱ」は、屈折光学系よりも拡大側にある光学素子と結像光線との交点のうち、画像形成部に直交する方向において「画像形成部からの距離が最大となる交点Ｑ」と画像形成部との間の「画像形成部に直交する方向」における距離であり、「Ｙ」は、上記の如く、屈折光学系の光軸と画像形成部との距離の最大値である。
条件（１０）は、投射光学系全体の好適な大きさの範囲を規定している。
上限値を上回ると、投射光学系の「屈折光学系の光軸方向のサイズ」が大きくなって、画像表示装置の大型化を招来する。条件（１０）の下限を下回ると、投射光学系のサイズが小さくなり、画像表示装置のコンパクト化には有利となるが、屈折光学系を構成するレンズ群の屈折力を大きくする必要が生じ、製造感度誤差が高くなり易い。
条件（１０）のパラメータは、より好ましくは以下の条件：
（１０Ａ） １０＜ＰＬＱ／Ｙ＜３０
を満足することが好ましい。

【0030】

以下に、画像表示装置と投射光学系の実施の形態を３例説明する。
図１、図９、図１５はそれぞれ、画像表示装置の実施の形態を説明図的に示している。これらの実施の形態において用いられる投射光学系は、図の順序で、後述する投射光学系の具体的な実施例１ないし３に対応する。
なお図１５に示す例は、屈折光学系が４群のレンズ群で構成されているので「参考例」であるが、混同の恐れはないと思われるので、以下において実施例３として説明する。
繁雑を避けるため、図１、図９、図１５において、混同の恐れが無いと思われるものについて符号を共通化する。
これらの図において、符号Ｈは「画像表示装置」を示す。符号ＬＶは画像表示素子の「画像形成部」、符号ＬＳは「照明光学系」、符号Ｆは「透明平行平板」は、符号Ｐｒは「プリズム」を示し、符号ＳＣは「被投射面」の実体をなすスクリーンを示している。透明平行平板Ｆは、画像形成部ＬＶのカバーガラス（シールガラス）を想定している。
図１における符号１１、図９における符号２１、図１５における符号３１は、それぞれ「屈折光学系」を示し、図１における符号１２、図９における符号２２、図１５における符号３２、３３はそれぞれ「反射光学系」を示す。
図１、図９に示す実施の形態においては、反射光学系は１枚の凹面ミラー１２、２２で構成されており、図１５に示す実施の形態においては、反射光学系は平面ミラー３２と凹面ミラー３３により構成されている。

【0031】

さらに、図１における符号１３、図９における符号２３、図１５における符号３４はそれぞれ「防塵ガラス」を示す。

【0032】

また、図１、図９、図１５における符号Ｓは、屈折光学系中に配置された「開口絞り」を示す。

【0033】

図１、図９、図１５に示すように直交３軸Ｘ、Ｙ、Ｚを設定する。Ｘ方向は「図面に直交」する方向であり、Ｙ方向は「図の上下方向に平行」な方向、Ｚ方向は「図の左右方向に平行」な方向である。

【0034】

これらの図に示すように、Ｚ方向はスクリーンＳＣおよび画像形成部ＬＶに直交する方向であり、スクリーンＳＣおよび画像形成部ＬＶはＸＹ面に平行である。

【0035】

またこれらの図において「点Ｐ」とあるのは、上に条件（７）のパラメータに関連して説明した「凹面ミラー１２、２２、３３と結像光線との交点のうち被投射面ＳＣと垂直な方向において被投射面ＳＣまでの距離が最大となる交点Ｐ」であり、この交点ＰとスクリーンＳＣとのＺ方向に平行な方向の距離が「投射距離」であり、上に条件（７）のパラメータ「ＴＲ」に関連して説明した距離：ＰＬである。
また、図１、図９、図１５において「点Ｑ」とあるのは、上に条件（１０）のパラメータにおける「ＰＬＱ」に関連して説明した、屈折光学系１１、２１、３１よりも拡大側にある光学素子と結像光線との交点のうち、画像形成部ＬＶに直交する方向（Ｚ方向）において「画像形成部ＬＶからの距離が最大となる交点Ｑ」である。

【0036】

「点Ｑ」は、図１および図９の実施の形態においては上に説明した「点Ｐ」と合致している。図１５に示す実施の形態においては、点Ｑは、防塵ガラス３４において「結像光線が防塵ガラス３４と交わる交点のうちで、画像形成部ＬＶからＺ方向の距離が最大となる交点」である。
即ち、図１、図９の実施の形態では、点Ｑを定める「屈折光学系よりも拡大側にある光学素子」は凹面ミラー１２、２２であるが、図１５に示す実施の形態においては、点Ｑを定める「屈折光学系よりも拡大側にある光学素子」は「防塵ガラス３４」である。

【0037】

画像表示素子は「ＤＭＤ」、「透過型液晶パネル」、「反射型液晶パネル」等のライトバルブを適宜に用いることができ、その画像形成部ＬＶに画像が表示される。
照明光学系ＬＳは、画像表示素子が自ら発光する機能を持たない場合に、画像形成部ＬＶに形成された画像を照明するためのものであり、画像表示素子が「発光素子の２次元アレイ」のように「生成させた画像を発光させる機能を有する自己発光方式」のものを利用する場合は不要である。

【0038】

以下に説明する実施形態例では、画像表示素子として「ＤＭＤ」を想定し、ＤＭＤにおける２次元的なマイクロミラーアレイにおける個々のマイクロミラーの傾きにより形成される画像を、照明光学系ＬＳからの照明光で照明する。照明光学系ＬＳとしては画像形成部ＬＶを効率よく照明する機能を有するものが好ましく、また、照明をより均一にするため、例えばロッドインテグレータやフライアイインテグレータを用いることが出来る。

【0039】

照明の光源としては、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤなどの白色光源を用いることができ、また単色発光ＬＥＤ、ＬＤなどの単色光源も用いることが出来る。

【0040】

以下に実施の形態を説明する画像表示装置はスクリーンＳＣに「カラー画像」を投射するものが想定されている。

【0041】

図１および図９に示す画像表示装置では、３個のＤＭＤが画像表示素子として用いられ、これら３個のＤＭＤの画像形成部に、カラー画像の赤色成分画像、緑色画像成分、青色画像成分が形成されて表示され、これらの色画像成分が、対応する色の照明光により照明される。
各照明光は、各色画像成分により変調され、プリズムＰｒにより「色合成」されて結像光束として投射光学系に入射する。
図１５に示す画像表示装置では、画像表示素子としては１個のＤＭＤが用いられ、その画像形成部ＬＶに、カラー画像の赤色成分画像、緑色画像成分、青色画像成分がサイクリックに表示され、表示される各色成分画像にタイミングを合わせて、対応する色の照明光が順次に照射される。各照明光は、各色画像成分により変調され、結像光束として投射光学系に入射する。

【0042】

結像光束は、屈折光学系１１、２１、３１を透過し、反射光学系１２、２２、「３２と３４」により反射され、防塵ガラス１３、２３、３４を介してスクリーンＳＣに向かって照射され、スクリーンＳＣ上に「カラーの拡大画像」を結像する。図１５の画像表示装置の場合は、カラーの拡大画像は、赤・緑・青の投射画像が順次に切り替わり、視覚によりカラーの拡大画像」として合成される。

【0043】

ここで、画像表示素子における「画像形成部」と、被投射面の実体をなすスクリーンの画像表示領域につき、図２と図３を参照して説明する。
図２は、画像表示素子の画像形成部ＬＶを示している。図において、Ｘ、Ｙの各方向は、上に説明した如くであり、図２の図面に直交する方向がＺ方向であって、このＺ方向は屈折光学系の光軸に平行な方向であり、図の如く図面に直交する「光軸」を、ＸＹ面の原点としている。
画像形成部ＬＶは図示の如く、Ｘ方向に長い矩形形状であり、その中心（画像形成部中心）は、図の如く、Ｙ方向の正の方向（図の上方）へ光軸位置からシフトしている。
図における「光軸」と画像形成部ＬＶとの距離のうちで最大になる距離が条件（９）および（１０）における「Ｙ」であり、この距離「Ｙ」は、Ｙ方向とは関わりない。
図３は、スクリーン上における「画像形成部領域」を説明図的に示している。画像形成部領域は、図２に示す画像形成部ＬＶを拡大したものであるから、画像形成部と相似形状であるが、その大きさは「投射光学系による拡大倍率」により異なる。

【0044】

画像形成部領域内に、図の如く代表的な１３点、Ｆ１〜Ｆ１３を定め、これらを画角Ｆ１〜Ｆ１３と呼ぶ。

【0045】

「投射光学系の実施例」
以下、図１、図９、図１５に実施の形態を示した画像表示装置に用いられている投射光学系の具体例を実施例１ないし３として説明する。
これら実施例１ないし３の投射光学系に用いられている屈折光学系１１、２１、３１はいずれも複数の光軸回転対称なレンズで構成され、すべてのレンズは図中に示すように「光軸を共有」している。

【0046】

実施例１と実施例２では、反射光学系として「１枚の凹面ミラー」が用いられ、実施例３で反射光学系として「１枚の平面ミラーと１枚の凹面ミラー」が用いられている。

【0047】

実施例１における屈折光学系の構成と、遠距離側から近距離側へのフォーカシングの伴うレンズ群の変位を図４に示す。
また、実施例２における屈折光学系の構成と、遠距離側から近距離側へのフォーカシングの伴うレンズ群の変位を図１０に、実施例３における屈折光学系の構成と、遠距離側から近距離側へのフォーカシングの伴うレンズ群の変位を図１６に示す。
繁雑を避けるため、これらの図４、図１０、図１６において、混同の恐れが無いと思われるものにつき符号を共通化する。これらの図の左方が「縮小側」、右方が「拡大側」
である。符号ＬＶは前述の如く画像形成部、符号ＢＦは、前述の条件（８）におけるＢＦ（屈折光学系のバクフォーカス）である。
符号Ｉ〜ＶＩにより、順次、第１レンズ群Ｉないし第６レンズ群ＶＩを表す。実施例１と実施例２では、屈折光学系は第１〜第６レンズ群Ｉ〜ＶＩで構成され、実施例３では、第１〜第４レンズ群Ｉ〜ＩＶによって屈折光学系が構成されている。
符号Ｐ１により正レンズＰ１を表し、符号Ｐ２により正レンズＰ２を表す。

【0048】

実施例に関する以下の説明において、記号の意味は以下の通りである。
ｆ：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
Ｃ：近軸曲率（近軸曲率半径の逆数）
Cｊ：自由曲面係数 。

【0049】

実施例１と実施例２では、反射光学系をなす凹面ミラーの面形状に「非球面」が用いられ、実施例３においては、反射光学系中の凹面ミラーの面形状に「自由曲面」が用いられている。
「非球面の形状」は、近軸曲率：Ｃ、軸からの高さ：Ｈ、円錐定数：Ｋ、各次数の非球面係数：Ａｉを用い、ξを「軸方向における非球面量」として、周知の式：
ξ＝ＣＨ^２/［１＋√（１−（１＋Ｋ）Ｃ^２Ｈ^２）］＋ΣＡｉＨ^ｉ
により表し、Ｃ、Ｋ、Ａｉを与えて形状を特定する。
「自由曲面の形状」は、近軸曲率：Ｃ、軸からの高さ：Ｈ、円錐定数：Ｋ、自由曲面係数：Ｃｊを用い、ηを光軸方向における自由曲面量として、周知の式：
η＝ＣＨ^２/［１＋√（１−（１＋Ｋ）Ｃ^２Ｈ^２）］＋ΣＣｊｘ^ｍｙ^ｎ
により表す。
ｘおよびｙは、自由曲面上で（Ｈ＝０）を「原点」とする凹面ミラーに固定した座標系の座標位置を表し、自由曲面係数：Ｃｊにおける「ｊ」は、
ｊ＝［｛（ｍ＋ｎ）^２＋ｍ＋３ｎ｝/２］＋１
で定義される。
近軸曲率半径と円錐定数、自由曲面係数を与えることにより自由曲面の形状を特定する。なお、以下において、長さの次元を有する量に関して、特に断らない限り単位は「ｍｍ」である。
「実施例１」
実施例１の投射光学系における屈折光学系は、図４に示す如く、画像形成部ＬＶ側から拡大側に向かって順次に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｉと、正の屈折力を有する第２レンズ群ＩＩと、正の屈折力を有する第３レンズ群ＩＩＩと、正の屈折力を有する第４レンズ群ＩＶと、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｖと、負の屈折力を有する第６レンズ群ＶＩを有してなる。屈折光学系の拡大側に、図１の如く凹面ミラー２１が配置されている。
遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際しては、第２レンズ群ＩＩと第４レンズ群ＩＶ、第５レンズ群Ｖが画像形成部ＬＶ側に移動し、第３レンズ群ＩＩＩが拡大側に移動する。第１レンズ群Ｉと第６レンズ群ＶＩとはフォーカシングに際し、移動しない。

【0050】

第１レンズ群Ｉは縮小側から順に、両凸レンズ、両面非球面両凸レンズと、「両凸レンズと両凹レンズと正メニスカスレンズを接合した３枚接合レンズ」と、両面非球面両凸レンズと、「負メニスカスレンズと両凸レンズを接合した接合レンズ」と、開口絞りと、「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を接合した接合レンズ」と、「正メニスカスレンズと両凹レンズを接合した接合レンズ」を配してなる。

【0051】

第１レンズ群Ｉにおける上記「３枚接合レンズ」の拡大側の正メニスカスレンズが正レンズＰ１であり、上記開口絞りの縮小側の接合レンズにおける両凸レンズが正レンズＰ１である。

【0052】

第２レンズ群ＩＩは「両凸レンズと両凹レンズを接合した接合レンズ」によりなり、第３レンズ群ＩＩＩは、「両凸レンズと「正メニスカスレンズと負メニスカスレンズを接合した接合レンズ」とからなり、第４レンズ群ＩＶは、両面非球面正メニスカスレンズ１枚からなり、第５レンズ群Ｖは両凸レンズと、負メニスカスレンズと、両面非球面両凹レンズとからなり、第６レンズ群ＶＩは１枚の両凹レンズからなる。

【0053】

以下に、投射光学系の実施例１のデータを示す。
開口数：０．２２７３
実施例１のデータを表１に示す。一番左側の欄に示す「面番号」は、画像形成部ＬＶを面番号１とし、以下、透明平行平板Ｆ、プリズムＰｒの面を面番号２〜５としている。面番号６が屈折光学系の最も縮小側のレンズ面である。この点は、以下の実施例２においても同様である。

【0054】

【表1】

【0055】

「フォーカシングに伴う可変間隔」
近距離、基準距離（基準と表示）、遠距離におけるフォーカシングに伴う可変間隔を表２に示す。

【0056】

【表2】

【0057】

「非球面データ」
非球面は、上記データ中の面番号に「＊印」を付した面であり（この点は以下の他の実施例でも同様である。）、そのデータを表３に示す。

【0058】

【表3】

【0059】

上記の表記において、例えば「2.8853E-10」は、「2.8853×10^-10」を意味する。以下においても同様である。

【0060】

「パラメータ：ＴＲの値」
投射距離に対するパラメータ：ＴＲの値を表４に示す。

【0061】

【表4】

【0062】

実施例１において、画像形成部ＬＶの仕様は以下の通りである。

【0063】

ドットサイズ：５．４μｍ
横方向（Ｘ方向）長さ：１４．６６６４ｍｍ
縦方向（Ｙ方向）長さ：８．２５１２ｍｍ
光軸から画像形成部中心へのＹ方向の距離（シフト量）：５．５２５６ｍｍ 。

【0064】

図３に示した各画角Ｆ１〜Ｆ１３に対応したスポットダイアグラムを、図５〜図８に示す。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：６３８ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４５５ｎｍ（青）について示している。
図５〜図７の各スポットダイアグラムは、温度が２０℃の時のものであり、図8に示すスポットダイアグラムは、温度が２０℃昇温して４０℃となったときの画面サイズ１５０インチにおけるものである。温度が２０℃のときのもの（図５）と差異がなく、実施例１の投射光学系は「良好な温度補正」がなされていることが明らかである。

【0065】

実施例１においては、開口絞りより縮小側に配置された正レンズＰ１に条件（１）および（２）を満たす硝材として「ＯＨＡＲＡ社のＬ−ＢＳＬ７ ｎｄ：１．５１６３３、ｖｄ：６４．０６、ｄｎｄＴ：４．７、θｇF：０．５３３３）を用い、温度変化による焦点距離の変動と、メカ保持部の熱による膨張とのバランスをとっている。
また、正レンズＰ１を球面レンズとすることで、コストの低減を図っている。また、開口絞りより縮小側に配置された正レンズＰ２に条件（３）および（４）を満たす硝材として「ＯＨＡＲＡ社のＳ−ＦＰＬ５１ ｎｄ：１．４９７００、ｖｄ：８１．５４、ｄｎｄＴ：−６．２、θｇF：０．５３７５、ΔθｇF：０．０２８」を用い、色収差の発生を抑えている。

【0066】

屈折率温度係数が「負で大きい」材料の正レンズＰ２と、屈折率温度形成が「正で大きい」材料の正レンズＰ１を用いることにより、温度補償を行っている。

【0067】

「実施例２」
実施例２の投射光学系における屈折光学系は、図１０に示す如く、画像形成部ＬＶ側から拡大側に向かって順次に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｉと、負の屈折力を有する第２レンズ群ＩＩと、正の屈折力を有する第３レンズ群ＩＩＩと、負の屈折力を有する第４レンズ群ＩＶと、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｖと、負の屈折力を有する第６レンズ群ＶＩとを有してなる。屈折光学系の拡大側に、図９の如く凹面ミラー２２が配置されている。
遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際しては、第２レンズ群ＩＩと第４レンズ群ＩＶ、第５レンズ群Ｖが画像形成部ＬＶ側に移動し、第３レンズ群ＩＩＩが拡大側に移動する。第１レンズ群Ｉと第６レンズ群ＶＩはフォーカシングに際し、移動しない。

【0068】

第１レンズ群Ｉは縮小側から順に、両凸レンズと、両面非球面両凸レンズと、「両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズとを接合した３枚接合レンズ」と、両面非球面両凸レンズと、「両凹レンズと正メニスカスレンズを接合した接合レンズ」と、開口絞りと、両凸レンズと、「正メニスカスレンズと両凹レンズを接合した接合レンズ」とからなる。
第１レンズ群Ｉにおける前記「３枚接合レンズ」における縮小側の両凸レンズが正レンズＰ１であり、拡大側の両凸レンズが正レンズＰ２である。

【0069】

第２レンズ群ＩＩは「両凸レンズと、その拡大側に接合された両凹レンズとの接合レンズ」からなり、第３レンズ群ＩＩＩは、両凸レンズと、「両凸レンズと負メニスカスレンズを接合した接合レンズ」とからなり、第４レンズ群ＩＶは、両面非球面両凸レンズと、負メニスカスレンズとからなり、第５レンズ群Ｖは、両凸レンズと、「正メニスカスレンズと両凹レンズを接合した接合レンズ」と両面非球面両凹レンズとからなり、第６レンズ群ＶＩは１枚の負メニスカスレンズからなる。

【0070】

以下に、投射光学系の実施例２のデータを示す。
開口数：０．２２２２
実施例２のデータを表５に示す。

【0071】

【表5】

【0072】

「フォーカシングに伴う可変間隔」
近距離、基準距離、遠距離におけるフォーカシングに伴う可変間隔を表６に示す。

【0073】

【表6】

【0074】

「非球面データ」
非球面のデータを表７に示す。

【0075】

【表7】

【0076】

「パラメータ：ＴＲの値」
投射距離に対するパラメータ：ＴＲの値を表８に示す。

【0077】

【表8】

【0078】

実施例２において、画像形成部ＬＶの仕様は、光軸から画像形成部中心へのＹ方向の距離（シフト量）：５．５２５６ｍｍを含めて、実施例１のものと同じである。

【0079】

図３に示した各画角Ｆ１〜Ｆ１３に対応したスポットダイアグラムを、図１１〜図１４に示す。実施例１のものと同じく、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：６３８ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４５５ｎｍ（青）について示している。
図１１〜図１３の各スポットダイアグラムは、温度が２０℃の時のものであり、図8に示すスポットダイアグラムは、温度が２０℃昇温して４０℃となったときの画面サイズ１５０インチにおけるものである。温度が２０℃のときのもの（図１１）と差異がなく、実施例２の投射光学系は「良好な温度補正」がなされていることが明らかである。

【0080】

実施例２においては、開口絞りより縮小側に配置された正レンズＰ１に条件（１）および（２）を満たす硝材として「光ガラス社のＪ−ＰＫＨ１ ｎｄ：１．５１８６、ｖｄ：６９．８９、ｄｎｄＴ：３．６、θｇF：０．５３１８）を用い、温度変化による焦点距離の変動と、メカ保持部の熱による膨張とのバランスをとっている。
また、正レンズＰ１を球面レンズとすることで、コストの低減を図っている。また、開口絞りより縮小側に配置された正レンズＰ２に条件式（３）および（４）を満たす硝材として「ＯＨＡＲＡ社のＳ−ＦＰＬ５１ ｎｄ：１．４９７００ ｖｄ：８１．５４、ｄｎｄＴ：−６．２、θｇF：０．５３７５、ΔθｇF：０．０２８」を用いることで、色収差の発生を抑えている。

【0081】

屈折率温度係数が「負で大きい」材料の正レンズＰ２と、屈折率温度形成が「正で大きい」材料の正レンズＰ１を用いることにより、温度補償を行っている。

【0082】

「実施例３」
実施例３の投射光学系における屈折光学系は、図１６に示す如く、画像形成部ＬＶ側から拡大側に向かって順次に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｉと、正の屈折力を有する第２レンズ群ＩＩと、負の屈折力を有する第３レンズ群ＩＩＩと、正の屈折力を有する第４レンズ群ＩＶとを有してなる。
図１５に示す如く、屈折光学系３１の拡大側には、図１５に示す如くの如く屈折光学系として、平面ミラー３２と凹面ミラー３３が配置されている。
この実施例３においては、凹面ミラー３３の鏡面形状として自由曲面が採用されている。
遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際しては、第２レンズ群ＩＩと第３レンズ群ＩＩＩが画像形成部側に移動し、第４レンズ群ＩＶが拡大側に移動する。第１レンズ群Ｉはフォーカシングに際し、移動しない。

【0083】

第１レンズ群Ｉは縮小側から順に、両面非球面両凸レンズと正メニスカスレンズと、負メニスカスレンズと「負メニスカスレンズと正メニスカスレンズを接合した接合レンズ」と、開口絞りと、負メニスカスレンズと、両面非球面両凸レンズと、負メニスカスレンズと、「両凸レンズと両凹レンズを接合した接合レンズ」と、両凸レンズからなる。

【0084】

縮小側から２枚目の凸面を拡大側に向けた正メニスカスレンズが正レンズＰ１であり、開口絞りの縮小側に設けられた接合レンズにおける正メニスカスレンズが正レンズＰ２である。

【0085】

第２レンズ群ＩＩは、１枚の正メニスカスレンズからなり、第３レンズ群ＩＩＩは、両凹レンズと、両凹レンズと、両面非球面負メニスカスレンズからなり、第４レンズ群ＩＶは、１枚の両面非球面正メニスカスレンズからなる。

【0086】

以下に、投射光学系の実施例３のデータを示す。
開口数：０．２００
実施例３のデータを表９に示す。一番左側の欄に示す「面番号」は、画像形成部ＬＶを面番号１とし、以下、透明平行平板Ｆの面を面番号２、３としている。面番号４が屈折光学系の最も縮小側のレンズ面である。

【0087】

【表9】

【0088】

「フォーカシングに伴う可変間隔」
近距離、基準距離、遠距離におけるフォーカシングに伴う可変間隔を表１０に示す。

【0089】

【表10】

【0090】

「非球面データ」
非球面のデータを表１１に示す。

【0091】

【表11】

【0092】

「自由曲面のデータ」
自由曲面は、上記データ中の面番号に「＊＊印」を付した面であり、そのデータを表１２に示す。

【0093】

【表12】

【0094】

「パラメータ：ＴＲの値」
投射距離に対するパラメータ：ＴＲの値を表１３に示す。

【0095】

【表13】

【0096】

実施例３において、画像形成部ＬＶの仕様は以下の通りである。

【0097】

ドットサイズ：７．５６ｕｍ
横方向（Ｘ方向）長さ：１４．５１５２ｍｍ
縦方向（Ｙ方向）長さ：８．１６４８ｍｍ
光軸から画像形成部中心へのＹ方向の距離（シフト量）：５．３０２４ｍｍ
投射画像が最大となる合焦状態で、最も拡大側にあるレンズ面の頂点から、平面ミラー３２、凹面ミラー３３、防塵ガラス３４の入射側面の「Ｘ方向、Ｙ方向の座標」と、傾き角：α（面法線と光軸（Ｚ方向）とのなす角（度） 時計回りが＋である。）を、表１４に示す。

【0098】

【表14】

【0099】

３５面（凹面ミラー３３）の面法線は、前述の自由曲面の定義式におけるη軸と光軸とのなす角である。
図３に示した各画角Ｆ１〜Ｆ１３に対応したスポットダイアグラムを、図１７〜図２０に示す。実施例１のものと同じく、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：６３８ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４５５ｎｍ（青）について示している。
図１７〜図１９の各スポットダイアグラムは、温度が２０℃の時のものであり、図２０に示すスポットダイアグラムは、温度が２０℃昇温して４０℃となったときの画面サイズ１００インチにおけるものである。温度が２０℃のときのもの（図１１）と差異は微差であり、実施例３の投射光学系も「良好な温度補正」がなされていることが明らかである。

【0100】

実施例３においては、開口絞りより縮小側に配置された正レンズＰ１に条件（１）および（２）を満たす硝材として「ＯＨＡＲＡ社のＬ−ＢＳＬ７ ｎｄ：１．５１６３３、ｖｄ：６４．０６、ｄｎｄＴ：４．７、θｇF：０．５３３３」を用い、温度変化による焦点距離の変動と、メカ保持部の熱による膨張とのバランスをとっている。
また、正レンズＰ１を球面レンズとすることで、コストの低減を図っている。また、開口絞りより縮小側に配置された正レンズＰ２に条件式（３）および（４）を満たす硝材として「Ｓ−ＦＰＭ３ ｎｄ：１．５３７７５、ｖｄ：７４．７０、ｄｎｄＴ：−４．３、θｇF：０．５３９２、ΔθｇF：０．０１８６」を用いることで、色収差の発生を抑えている。
屈折率温度係数が「負で大きい」材料の正レンズＰ２と、屈折率温度形成が「正で大きい」材料の正レンズＰ１を用いることにより、温度補償を行っている。

【0101】

上に挙げた実施例１〜３の投射光学系における条件：（１）〜（１０）のパラメータの値を表１５に示す。

【0102】

【表15】

【0103】

表１５から明らかなように、実施例１〜３の投射光学系およびこれらを用いる画像表示装置は何れも、条件（１）〜（１０）を満足している。
正レンズＰ１に好適な光学ガラスとしては、他に、例えば「住田ガラス社のＫ−ＰＢＫ４０ ｎｄ：１．５１７６０、ｖｄ：６３．５０、ｄｎｄＴ：４．４、θｇF：０．５３４０」等も挙げられる。勿論、これに限定されるものではない。
正レンズＰ２に好適な光学ガラスとしては、上記以外に表１６に示すごとき硝種を挙げることができる。勿論、これらの硝材に限定されるものではない。

【0104】

【表16】

【0105】

上に挙げた実施例１〜３では、屈折光学系を通った光は「画像形成部ＬＶに形成された画像情報に共役な中間像」を凹面ミラーよりも画像形成部ＬＶ側に結像する。中間像は平面像として結像する必要はなく、実施例１〜３においても「曲面像」として形成している。中間像を「最も拡大側に配置した凹面ミラー１２、２２、３３により拡大投影し、スクリーンＳＣ上に投射する。
「中間像」は像面湾曲、歪曲を持っているが、凹面ミラーに非球面や自由曲面を用いることにより補正出来る。このため、屈折光学系の収差補正の負担が減り、設計の自由度が増して投射光学系ひいては画像表示装置の小型化等に有利となる。

【0106】

上に説明した画像表示装置の実施の形態では、凹面ミラーとスクリーンとの間に防塵ガラス１３、２３、３４が設置されている。上記実施の形態においては防塵ガラスとして「平板ガラス」を用いているが、曲率を有してもよく、またレンズ等「屈折力を持った光学素子」としてもよい。また、Ｙ軸に対して傾けて配置しているが、この角度は任意でよく「Ｙ軸に対して直交」してもよい。

【0107】

また、実施例１〜３においては反射光学系の「屈折力を有する反射光学素子」として「１枚の凹面ミラー」を用いているが、複数の凹面ミラーを用いてもよい。実施例３では反射光学系を平面ミラーと凹面ミラーで構成しているが、平面ミラー３２に曲率をつけて屈折力を持たせてもよい。

【0108】

また、実施例１〜３においては正レンズＰ１、正レンズＰ２を「フォーカシングに際して移動しない第１レンズ群Ｉに配置しているが、これに限らず、フォーカシングに際して不動または移動する１以上の移動レンズ群に、正レンズＰ１および正レンズＰ２を配置してもよい。
実施例１〜３において、正レンズＰ１、正レンズＰ２を保持する鏡筒は「熱伝導率の高いアルミニウム」により構成されている。

【0128】

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態・実施例に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態・実施例に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0129】

ＬＶ 画像表示素子の画像形成部
Ｈ 画像表示装置
ＬＳ 照明光学系
Ｆ 透明平行平板
Ｐｒ プリズム
ＳＣ 被投射面（スクリーン）
１１、２１、３１ 屈折光学系
Ｓ 開口絞り
Ｐ１ 正レンズＰ１
Ｐ２ 正レンズＰ２
１２、２２ 反射光学系（凹面ミラー）
３２、３３ 反射光学系
１３、２３、３４ 防塵ガラス

【先行技術文献】

【特許文献】

【0130】

【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】特許第４６６８１５９号公報

【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】