JP2003075767A

JP2003075767A - 投射光学系、画像投射装置、光学系および光学機器

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Publication number: JP2003075767A
Application number: JP2001267925A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Sunaga; 須永　　敏弘
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-12
Anticipated expiration: 2021-09-04
Also published as: US20050041220A1; DE60208126T2; DE60208126D1; US20030133082A1; JP3631182B2; EP1291681B1; US7101052B2; EP1291681A1; US7182466B2

Abstract

(57)【要約】【課題】斜め投射の場合に、ディストーションを少な
くするためには光学系が大型化し易い。【解決手段】投射光学系１を、画像を表示するための
変調光を発する光変調手段Ｔと、この光変調手段からの
光を２次元画像を得るために走査する光走査手段ＭＭ
と、この光走査手段により走査される光を反射させて被
投射面Ｓに投射する、複数の曲面反射面Ｒ１〜Ｒ４とを
有する構成とし、この投射光学系の瞳の中心と投射画像
の中心とを結ぶ基準軸Ａを被投射面の法線に対して傾け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を走
査して形成する２次元画像を斜めに投射するための投射
光学系および斜め投射又は斜め撮像に適した光学系に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】前方投射型のプロジェクタに用いられる
投射光学系において、スクリーンと装置との距離を短く
するためにスクリーンに対して斜めからの投射が可能な
投射光学系が提案されている。

【０００３】図１３には、特開平５−１００３１２号公
報にて提案されているプロジェクタを示している。図
中、Ｌは照明光源であり、ＬＶは透過型又は反射型ドッ
トマトリックス液晶等を用いたライトバルブである。投
射光学系は、ライトバルブＬＶに写る像を拡大投影して
スクリーンＳに映し出す。このプロジェクタでは、投射
光学系として大画角の広角レンズを用い、ライトバルブ
ＬＶおよびスクリーンＳを投射光学系の光軸に対してシ
フトさせて配置し、画角の端の部分を使用して投射する
ことにより斜め投射の光学系を構成している。

【０００４】また、図１４には、特開平５−０８０４１
８号公報にて提案されているプロジェクタを示してい
る。図中、Ｌは照明光源であり、ＬＶは透過型又は反射
型ドットマトリックス液晶等を用いたライトバルブであ
る。第１の投射光学系は、ライトバルブＬＶに写る像の
中間像を形成し、第２の投射光学系はこの中間像をスク
リーンＳに拡大投影する。このプロジェクタでは、第１
および第２の投射光学系を光軸に対して傾けることによ
り、スクリーンＳに対する斜め投射を行う。

【０００５】また、再公表特許ＷＯ９７／０１７８７号
には、複数の反射面を用いて斜め投射光学系を構成して
いる。

【０００６】一方、非共軸光学系において、特開平９−
５６５０号公報にその設計法や焦点距離等の近軸量の計
算方法が提案されている。また、特開平８−２９２３７
１号、特開平８−２９２３７２号および特開平９−２２
２５６１号公報にその設計例が示されている。これらの
設計例により、基準軸という概念を導入し、構成面を非
対称非球面にすることで、十分収差が補正された光学系
が構築可能であることが、明らかになってきた。

【０００７】こうした非共軸光学系は、オフアキシャル
光学系と称される。すなわち、像中心と瞳中心を通る光
線に沿った基準軸を考えた時、構成面の基準軸との交点
における面法線が基準軸上にない曲面（オフアキシャル
曲面）を含む光学系として定義される光学系であり、基
準軸は折れ曲がった形状となる。

【０００８】このオフアキシャル光学系は、構成面が一
般には非共軸となり、反射面でもケラレが生じることが
ないため、反射面を使った光学系の構築がしやすい。ま
た、光学系内で中間像を形成することにより、高画角で
ありながらコンパクトな光学系を構成することができ
る。

【０００９】さらに、前絞りの光学系でありながら、光
路の引き回しが比較的自由に行なえるために、コンパク
トな光学系を構成できる。

【００１０】また、特開平６−２９５１５９号公報に
は、レーザー光線を回転多面鏡により２次元的にスキャ
ンし、画像を表示する装置が提案されている。この場
合、レーザー光線の強度変調のタイミングを適切な値に
することにより、すなわち電気適な補正によりディスト
ーションを補正することは可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】特開平５−１００３１
２号公報にて提案されているように、光軸に対してライ
トバルブとスクリーンをシフトさせた投射光学系の場合
は、図１５に示すように、使用する画角の大きさはθ２
であるが、使用されるレンズ系はかなり大きい画角（θ
１）をカバーする高画角の大型レンズ系が必要になる。

【００１２】また、図１６に示すように、光軸Ａがスク
リーンＳの中心に向かうように構成した場合、通常のレ
ンズ系ではスクリーンＳ上に像が結像されず光軸に垂直
な平面Ｓ’上に結像される。この場合、像が台形状に歪
み、スクリーンＳの上下でピントがずれてしまう。

【００１３】この像面の傾きを補正する場合、スクリー
ンＳの上部を通る光線の光路Ｌ１とスクリーンＳの下部
を通る光線の光路Ｌ２との差を打ち消さなければならな
い。そしてこの差を補正する場合、結像面付近で補正で
きればＬ１とＬ２の光路差は縮小されるので補正量は少
なくて済む。一方、像が拡大されたスクリーン側の光学
面で補正をする場合、Ｌ１、Ｌ２の光路差がそのまま影
響する。

【００１４】また、特開平５−８０４１８号公報にて提
案されている当社光学系の場合、レンズ系をチルトして
いるだけなので、像面を十分に傾けることが難しい。ま
た、レンズ系のチルト量が多すぎると、光学性能を確保
することが難しくなる。

【００１５】さらに、再公表特許ＷＯ９７／０１７８７
号にて開示されている光学系では、１つの反射面の大き
さが大きくなり、精度良く製造することが難しい。

【００１６】特開平６−２９５１５９号公報等に示され
ているように、点光源又は一次元の画像表示素子を回転
多面鏡若しくはガルバノミラー等で走査し表示する方法
において、電気的な補正だけではディストーションを補
正しきれない場合があり、この場合には光学的な補正が
必要となる。

【００１７】本発明は、光学系としての小型化を図りつ
つ、かつ拡大率が高く、歪みの少ない斜め投射型の投射
光学系を提供することを目的としている。

【００１８】また、本発明は、光学系としての小型化を
図りつつ、歪みの少ない斜め投射又は入射型の光学系を
提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願第１の発明では、投射光学系を、画像を表示
するための変調光を発する光変調手段と、この光変調手
段からの光を２次元画像を得るために走査する光走査手
段と、この光走査手段により走査される光を反射させて
被投射面に投射する、複数の曲面反射面とを有する構成
とし、この投射光学系の瞳の中心と投射画像の中心とを
結ぶ基準軸を被投射面の法線に対して傾けている。

【００２０】これにより、基準軸まわりに展開される焦
点距離や倍率等を適切な値に設定することによって、斜
め投射型でありながら、小型で、ディストーション（主
に台形歪み）を抑えた投射光学系を得ることが可能とな
る。

【００２１】例えば、基準軸の被投射面の法線に対する
傾き角をθとし、基準軸と被投射面の法線とを含む面を
表すアジムスをαとし、この投射光学系の基準軸まわり
に展開したアジムスξ°における倍率をβ（ξ）とする
とき、｜１−β（α）／（β（α＋９０°）ｃｏｓθ）｜＜０．３ …（１）なる条件を満足するようにするとよい。

【００２２】さらに、上記第１の発明において、曲面反
射面を回転非対称面としたオフアキシャル光学系を用い
ることにより、光学的な軸に対して非対称な特性を持た
せることが容易になる。このため、例えば、光走査手段
による非走査方向に関しては通常のカメラレンズと同様
のｆ・ｔａｎθ特性を持たせ、走査方向においては光走
査手段に合わせてｆθレンズやアークサインレンズ等の
特性を持たせることが可能であり、ディストーションの
補正に有利である。

【００２３】また、本願第２の発明では、距離の異なる
２つの面を曲面反射面を用いて光学的に共役な関係と
し、少なくとも所定方向に延びる画像領域を上記所定方
向に対して直交する方向に走査して２次元画像を得るた
めの光学系において、この光学系全体として上記所定方
向にｆ・ｔａｎθ特性を持ち、かつ上記所定方向に対し
て直交する方向にｆθレンズの特性又はアークサインレ
ンズの特性を持つよう構成している。

【００２４】これにより、基準軸まわりに展開される焦
点距離や倍率等を適切な値に設定することによって、例
えば斜め投射型や斜め撮像型等でありながら、小型で、
ディストーション（主に台形歪み）を抑えるのに有利な
光学系（投射光学系若しくは撮影光学系等）を得ること
が可能となる。

【００２５】そして、本願第２の発明においては、基準
軸と遠い方の共役面の法線とのなす角をθとし、基準軸
と遠い方の共役面（例えば、投射光学系の被投射面や撮
像光学系の２次元被写体）の法線を含む面を表すアジム
スをαとし、この光学系の基準軸のまわりに展開したア
ジムスξ°における拡大側の倍率をβ（ξ）とすると
き、｜１−β（α）／（β（α＋９０°）ｃｏｓθ）｜＜０．３ …（１）’ を満たすようにするのがよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態の説明に入る前
に、実施形態の構成諸元の表し方および実施形態全体の
共通事項について説明する。図１９は、実施形態の光学
系の構成データを定義する座標系の説明図である。

【００２７】図１９において、第１面Ｒ１は屈折面、第
２面Ｒ２は第１面Ｒ１に対してチルトした反射面、第３
面Ｒ３および第４面Ｒ４は各々の前面に対してシフト、
チルトした反射面、第５面Ｒ５は第４面Ｒ４に対してシ
フト、チルトした屈折面である。

【００２８】第１面Ｒ１から第５面Ｒ５までの各々の面
は、ガラス、プラスチック等の媒質で構成される１つの
光学素子上に構成されており、図１９中では第１の光学
素子Ｂ１としている。

【００２９】すなわち、図１９において、不図示の物体
面から第１面Ｒ１までの媒質は空気、第１面Ｒ１から第
５面Ｒ５までは共通の媒質、第５面Ｒ５から不図示の第
６面Ｒ６までの媒質は空気で構成されている。

【００３０】本実施形態の光学系は Off-Axial光学系で
あるため、光学系を構成する各面は共通の光軸を持って
いない。そこで、本実施形態においては、まず第１面の
中心を原点とする絶対座標系を設定する。

【００３１】そして、第１面の中心点である原点と最終
結像面の中心とを通る光線（基準軸光線）の経路を光学
系の基準軸と定義し、図１９に一点鎖線で示す。さら
に、本実施形態中の基準軸は方向（向き）を持ってい
る。その方向は基準軸光線が結像に際して進行する方向
である。

【００３２】なお、本実施形態においては、光学系の基
準となる基準軸を上記のように設定したが、光学系の基
準となる軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、
若しくは光学系を構成する各面形状を表現する上で都合
の良い軸を採用すればよい。一般的には像面の中心と、
絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第１面の中心若
しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を光学
系の基準となる基準軸に設定する。

【００３３】本実施形態においては、投射光学系の瞳の
中心から第１面の中心点を通り、最終結像面（投射画
像）の中心へ至る光線（基準軸光線）が各屈折面および
反射面によって屈折・反射する経路を基準軸に設定す
る。各面の順番は基準軸光線が屈折・反射を受ける順番
に設定している。

【００３４】従って、基準軸光線は、設定された各面の
順番に沿って屈折若しくは反射の法則に従ってその方向
を変化させつつ、最終的に像面の中心に到達する。

【００３５】本実施形態の光学系を構成するチルト面
は、基本的にすべてが同一面内でチルトしている。そこ
で、絶対座標系の各軸を以下のように定める。

【００３６】Ｚ軸：原点と物体面中心を通る直線であ
り、物体面から第１面Ｒ１に向かう方向を正とする。

【００３７】Ｙ軸：原点を通りチルト面内（図１９の紙
面内）でＺ軸に対して反時計回りに９０゜をなす直線。

【００３８】Ｘ軸：原点を通りＺ，Ｙの各軸に直交する
直線（図１９の紙面に垂直な直線）。

【００３９】また、光学系を構成する第ｉ面の面形状を
表すには、絶対座標系にてその面の形状を表記するよ
り、基準軸と第ｉ面が交差する点を原点とするローカル
座標系を設定して、ローカル座標系でその面の面形状を
表した方が形状を認識する上で理解し易い。このため、
第ｉ面の面形状をローカル座標系で表わす。

【００４０】さらに、第ｉ面のＹＺ面内でのチルト角は
絶対座標系のＺ軸に対して反時計回り方向を正とした角
度θｉ（単位°）で表す。よって、本実施形態では、各
面のローカル座標の原点は図１９中のＹＺ平面上にあ
る。また、ＸＺおよびＸＹ面内での面の偏心はない。

【００４１】また、第ｉ面のローカル座標（ｘ，ｙ，
ｚ）のｙ，ｚ軸は絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対してＹ
Ｚ面内で角度θｉ傾いており、具体的には以下のように
設定する。

【００４２】ｚ軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座
標系のＺ方向に対しＹＺ面内において反時計方向に角
度θｉをなす直線。

【００４３】ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、ｚ方向
に対しＹＺ面内において反時計方向に９０゜をなす直
線。

【００４４】ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ＹＺ面
に対し垂直な直線。

【００４５】また、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面の
ローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ｎｄ
ｉ，νｄｉはそれぞれ第ｉ面と第（ｉ＋１）面間の媒質
の屈折率とアッベ数である。

【００４６】ここで、球面は以下の式で表される形状で
ある。

【００４７】

【数１】

【００４８】また、本実施形態の光学系は、少なくとも
回転非対称な非球面を１面以上有し、その形状は以下の
式により表す。

【００４９】z ＝C02y²+C20x²+C03y³+C21x²y+C04y⁴+C22
x²y²+C40x⁴+C05y⁵+C23x²y³+C41x⁴y+C06y⁶+C24x²y⁴+C42x
⁴y²+C60x⁶ 上記曲面式はｘに関して偶数次の項のみであるため、上
記曲面式により規定される曲面はｙｚ面を対称面とする
面対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場
合はｘｚ面に対して対称な形状を表す。

【００５０】C03 ＝C21 ＝t ＝0 さらに、 C02 ＝C20 C04＝C40 ＝ C22/2 C06 ＝C60 ＝C24/3 =C
42/3 が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件
を満たさない場合は非回転対称な形状である。

【００５１】（第１実施形態）図１には、本発明の第１
実施形態である画像投射装置を示している。図１におい
て、Ｔは１次元の光変調ユニットであり、具体的には、
発光ダイオードや半導体レーザー等の発光強度を変調で
きる自発光デバイスを用いることができる。なお、この
ような自発光デバイス以外に、ドットマトリックス液晶
パネルやデジタルミラーデバイス等を用いたライトバル
ブと、これらに照明光を入射させる照明系とを含むユニ
ットを用いてもよい。

【００５２】１は光変調ユニットＴの像をスクリーン
（被投射面）Ｓに拡大投影するための投射光学系であ
り、より詳しい構成を図２に示している。

【００５３】投射光学系１において、ＳＴＯＰは絞りで
あり、ＭＭはガルバノミラーや回転多面鏡などの光走査
ユニットである。

【００５４】光変調ユニットＴのＹ軸方向の長さは８ｍ
ｍであり、スクリーンＳの大きさは、縦横比が３：４で
対角は３００ｍｍである。

【００５５】また、スクリーンＳの法線に対して投射光
学系１の基準軸は４５度傾いている。以下、本実施形態
に用いられている投射光学系１の構成データを示す。絞り径 3.00 i Yi Zi θ Di 0 0.00 0.00 0.00 24.00 光変調ユニット 1 0.00 0.00 0.00 7.00 絞り 2 0.00 7.00 25.00 33.00 光走査ユニット 3 -25.28 -14.21 35.00 30.07 反射面 4 -15.00 14.04 37.00 30.00 反射面 5 -39.27 -3.59 29.00 36.66 反射面 6 -36.71 32.97 21.81 380.00 反射面 7 -278.99 -259.77 -5.39 像面非球面形状 R ３面 C02=6.89532e-003 C20= 7.01247e-003 C03=-5.62480e-005 C21=-5.55500e-005 C04=-7.69711e-007 C22=-1.25238e-007 C40= 5.43875e-007 C05=-5.81133e-008 C23=-4.47631e-008 C41=-3.75781e-009 C06=-9.18693e-010 C24= 2.47227e-010 C42=-8.49058e-010 C60=1.61412e-010 R ４面 C02=-1.97978e-003 C20=-2.18197e-003 C03=-2.38121e-004 C21=-2.16780e-004 C04= 5.16127e-006 C22= 7.94060e-006 C40= 2.81918e-006 C05=-1.87169e-007 C23=-1.50961e-007 C41=-2.94833e-008 C06= 6.48244e-009 C24=4.97120e-009 C42=-7.26821e-009 C60= 6.40456e-010 R ５面 C02=-2.73356e-002 C20=-1.41520e-002 C03=-1.82568e-003 C21=-5.75023e-004 C04=-2.53442e-004 C22=-5.04656e-006 C40=1.82935e-005 C05=-5.46379e-005 C23= 1.50746e-006 C41=3.80418e-006 C06=-5.90261e-006 C24= 2.53956e-008 C42=3.80481e-007 C60=4.13581e-008 R ６面 C02=-8.86201e-003 C20=-1.31404e-002 C03= 2.11881e-005 C21= 7.70568e-005 C04=-1.43952e-006 C22=-3.53294e-006 C40=-1.70195e-006 C05= 3.50386e-008 C23= 4.72628e-008 C41= 3.41951e-009 C06=-8.75791e-010 C24=-1.91391e-009 C42=-2.10540e-010 C60=-1.78168e-010 スクリーンＳの中心を原点にとり、スクリーンＳ上でｙ
方向における像高が、-100％、-50 ％、0 ％、50％、10
0 ％のとき光走査手段の振れ角は、スクリーン中心に結
像するときの角度を０度とすると、2.437 、1.286 、0
、-1.35,-2.753となる。角度の正負は反射面のチルト
角に順ずる。

【００５６】ここで、光走査ユニットの振れ角は正負非
対称になっている。本実施形態の場合、スクリーンＳに
対して光学系の基準軸が傾いているために必然的に光学
系の特性がスクリーンＳの上下で非対称になる。この非
対称の光学特性を、振れ角を正側と負側とで非対称とす
ることにより、補正をしている。

【００５７】図１，２において、投射光学系１は、光変
調ユニットＴからの光線の通過順に、絞りＳＴＯＰと、
光走査ユニットＭＭと、凹面鏡Ｒ１，凹面鏡Ｒ２，凸反
射面Ｒ３および凹面鏡Ｒ４の４つの反射面とから構成さ
れている。すべての反射面は、ＹＺ平面のみに対して対
称な、すなわち対称面が１つの回転非対称面である。

【００５８】また、光束は凸面鏡Ｒ３および凹面鏡Ｒ４
との間で中間結像しており、凹面鏡Ｒ４付近で瞳の結像
をしている。このように、絞りの像が絞り位置よりスク
リーン側の光学系によって実像を形成する構成をとるこ
とにより、各面の光線有効径を小さく抑え、各光学素子
および撮影光学系全体のコンパクト化を達成している。

【００５９】次に、本実施形態における光学作用を説明
する。光変調ユニットＴで変調された赤、緑、青の３色
の光は、不図示の色合成光学系にて同一光軸上に合成さ
れた後、絞りＳＴＯＰで光量を制限される。

【００６０】ここで、色合成光学系としては、ダイクロ
イックプリズムや光学楔等を用いることができる。

【００６１】次に、光走査ユニットＭＭで反射した光束
は、４つの反射面Ｒ１〜Ｒ４で次々に反射しながら拡大
され、１次元像がスクリーンＳに映し出される。そし
て、光走査ユニットＭＭが駆動回路ＤＲによって振れ駆
動され、反射した光がスキャンされることにより、スク
リーンＳ上に２次元画像が表示される。

【００６２】図３には、スクリーンＳ上でのスポットの
大きさを示している。具体的には、スクリーンＳの中心
を原点とし、ｘの正の方向で像高を0 ％、33％、67％、
100％に４分割し、さらにｙ方向で像高を‐100 ％、‐5
0％、0 ％、50％、100 ％の５分割した位置、つまりス
クリーン上で２０ポイントの位置でのスポットを表して
いる。なお、スクリーンＹＺ平面に対して対称な構成で
あるのでも、図３においてはｘのマイナス方向は省略し
ている。

【００６３】また、本実施形態の投射光学系１における
ディストーションの様子を図４に示している。この図４
から分かるように、ｘ方向の像高±67％近辺で若干のデ
ィストーションが見られるが、全体として大きなディス
トーションはなく、非対称なディストーションも少な
い。

【００６４】本実施形態で用いられている投射光学系１
において、光変調ユニットＴの中心からの光束がスクリ
ーンＳの中心で像を結ぶとき、アジムス０度と90度にお
ける焦点距離f1(0) ，f1(90)、絞り面からの前側主点H1
(0) 、H1(90)および基準軸のまわりに展開したアジムス
０度( 走査方向) と９０度( 非走査方向) における倍率
β1(0)，β1(90) はそれぞれ、 f1(0) ＝−13.9276 ，f1(90)＝−11.5646 H1(0) ＝−37.2581 ，H1(90)＝−35.2098 β1(0)＝f1(0)/(f1(0)-24-H1(0))＝20.8 β1(90) ＝f1(90)/(f1(90)-24-H1(90)) ＝32.6 となる。

【００６５】したがって、｜1 −β1(0)／( β1(90) ×cos(45°))｜＝0.098 ＜0.3 ・・・( １) となる（ここで４５度はスクリーンＳの法線と基準軸と
のなす角である）。

【００６６】図１７は図１６におけるスクリーンＳの部
分を表している。図１７において、Ａは基準軸、Ｓは傾
いたスクリーン、Ｓ’はＡに垂直な平面であり、Ｓと
Ｓ’は角度θだけ傾いている。本来、Ｓ’上に投射光学
系で拡大投影された像が結像される。

【００６７】特開平９−５６５０号公報にて提案されて
いるように、基準軸Ａのまわりに展開し、評価面を基準
軸に垂直な平面Ｓ’として評価した場合、近軸量はアジ
ムスξとアジムスξ＋180 ° で同じ値を示す。このた
め、特開平９−５６５０号公報に示される近軸量が像面
の傾きを起こすわけではない。つまり、像面湾曲と同種
の収差、すなわち、ＳとＳ’の交線から離れるにしたが
ってピント位置がずれる収差が発生しているために像面
が傾くと解釈できる。

【００６８】このように解釈した場合、評価面である
Ｓ’におけるｙ方向の倍率βｙ’はＳにおける倍率βｙ
が射影されたと考えることができるので、スクリーンＳ
上で縦横比が保たれるためには、以下の関係を満たして
いる必要がある。

【００６９】βｙ＝βｙ’／cos θ＝βｘ（図１８参
照）したがって、

【００７０】

【数２】

【００７１】…（２）ここで、上記（２）式におけるs
s’(0) ，ss’(90) はアジムス０°と90°における投
射光学系のスクリーン側主点位置からスクリーンまでの
距離である。つまり、（１）式の値が小さいことが、２
次元の投射画像のスクリーンＳ上での縦横比が保たれる
条件である。（１）式の値が０．３より大きくなるとデ
ィストーションが大きくなり、収差補正が難しくなる。

【００７２】本実施形態では、回転非対称反射面を表面
反射面として用いているが、特開平８−２９２３７２
号、特開平９−２２２５６１号および特開平９−２５８
１０５号公報等のように、透明体の表面に回転非対称反
射面を形成した光学ブロックを使用してもよい。さら
に、複数の回転非対称な表面反射面を一体にモールド成
形してもよい。

【００７３】また、本実施形態では、回転非対称反射面
を４面用いているが、反射面は４面に限らない。ただ
し、収差補正上、少なくとも３面以上あることが望まし
い。また、回転非対称反射面はある平面に対して対称な
形状であるが、これに限られるものではない。

【００７４】（第２実施形態）図５には、本発明の第２
実施形態である画像投射装置の構成を示している。図５
において、Ｔは１次元の光変調ユニットであり、具体的
には、発光ダイオードや半導体レーザー等の発光強度を
変調できる自発光デバイスを用いることができる。な
お、このような自発光デバイス以外に、ドットマトリッ
クス液晶パネルやデジタルミラーデバイス等を用いたラ
イトバルブと、これらに照明光を入射させる照明系とを
含むユニットを用いてもよい。

【００７５】２は光変調ユニットＴの像をスクリーン
（被投射面）Ｓに拡大投影するための投射光学系であ
り、より詳しい構成を図６に示している。

【００７６】投射光学系２において、ＬＧは屈折レンズ
群である。ＭＭはガルバノミラーや回転多面鏡などの光
走査ユニットであり、絞りも兼ねている。

【００７７】光変調ユニットＴのＹ軸方向の長さは２．
７ｍｍであり、スクリーンＳの大きさは、縦横比が４：
３で対角は５０ｍｍである。

【００７８】また、スクリーンＳの法線に対して投射光
学系２の基準軸は６０度傾いている。以下、本実施形態
に用いられている投射光学系２の構成データを示す。 Fno ８ i Yi Zi θ Di Ni νi 0 0.00 0.00 0.00 5.985 1 光変調ユニット 1 0.00 0.00 0.00 0.50 1.60524 60.64 屈折面 2 0.00 0.50 0.00 0.50 1 屈折面 3 0.00 1.00 0.00 0.50 1.85415 23.78 屈折面 4 0.00 1.50 0.00 0.50 1 屈折面 5 0.00 2.00 0.00 0.50 1.49353 57.40 屈折面 6 0.00 2.50 0.00 2.00 1 屈折面 7 0.00 4.50 25.00 7.91 1 光走査ユニット 8 -6.06 -0.59 35.00 10.00 反射面 9 -2.64 8.81 48.94 6.61 反射面 10 -9.11 7.42 42.88 10.00 反射面 11 -7.74 17.33 47.77 35.96 反射面 12 -43.66 15.86 27.66 像面球面形状 R １面 r1= 5.034 R ２面 r2= -7.162 R ３面 r3= -5.000 R ４面 r4=-22.488 R ５面 r5= 5.000 R ６面 r6=-12.306 非球面形状 R ８面 C02=2.80457e-002 C20=4.75069e-003 C03=2.97165e-003 C21=2.08057e-003 C04=8.81644e-005 C22=-2.99262e-004 C40=8.54417e-005 C05=-3.77030e-018 C23=-2.11395e-017 C41=-1.33892e-018 C06=-7.28888e-032 C24=-5.66908e-031 C42=-5.66908e-031 C60=-5.31508e-032 R ９面 C02=-2.99863e-002 C20=-3.76538e-002 C03=2.14322e-003 C21=6.48291e-004 C04=-9.79316e-006 C22=2.03030e-005 C40=1.51011e-005 C05=-5.36429e-020 C23=-2.68262e-019 C41=-1.70163e-017 C06=-4.16792e-033 C24=-4.66720e-032 C42=-4.66720e-032 C60=-7.44043e-033 R10 面 C02=6.13921e-003 C20=2.42964e-002 C03=1.09084e-003 C21=-4.27999e-003 C04=-2.68164e-004 C22=3.86440e-004 C40=2.21569e-006 C05=-3.88515e-018 C23=-5.40392e-017 C41=-2.81146e-017 C06=-4.32224e-030 C24=-4.12698e-029 C42=-4.12698e-029 C60=-4.12899e-030 R11 面 C02=-5.65076e-003 C20=-1.27578e-002 C03=-1.48251e-004 C21=6.91268e-004 C04=-2.01954e-016 C22=-1.65971e-016 C40=-5.31550e-017 C05=1.24840e-006 C23=-9.49219e-006 C41=-1.61050e-005 C06=-1.42993e-008 C24=1.44926e-016 C42=-1.28171e-006 C60=-6.52299e-016 スクリーンＳの中心を原点にとり、スクリーンＳ上でｙ
方向における像高が、-100％、-67 ％、-33 ％、0 ％、
33％、67％、100 ％のときの光走査ユニットＭＭの振れ
角は、スクリーン中心に結像するときの角度を０度とす
ると、7 、4.67、2.33、0 、-2.33 、-4.67 、-7とな
る。角度の正負は反射面のチルト角に順ずる。

【００７９】ここで、光走査ユニットＭＭの振れ角はス
クリーンＳ上でのｙ方向について比例関係になってい
る。つまり、ｙ方向においてｆθレンズ特性を持ってい
る。

【００８０】しかし、ｘ方向については一次元の像を結
像させているので通常のカメラレンズの特性であるｆ・
ｔａｎθ特性を持っている。

【００８１】つまり、本実施形態の投射光学系２はｙ方
向とｘ方向とで異なる特性を持つ必要がある。通常の共
軸回転対称光学系ではこのようなことは不可能であり、
オフアキシャル光学系を用いれば容易に達成できる。

【００８２】図５，６において、投射光学系２は光変調
ユニットＴからの光線の通過順に、回転対称の屈折レン
ズ群ＬＧと、絞りを兼ねている光走査ユニットＭＭと、
凹面鏡Ｒ１，凹面鏡Ｒ２，凹反射面Ｒ３および凹面鏡Ｒ
４の４つの反射面とから構成されている。すべての反射
面はＹＺ平面のみに対して対称な面、すなわち回転非対
称面である。ここで、光束は凹面鏡Ｒ１および凹面鏡Ｒ
２の間で中間結像しており、凹面鏡Ｒ３付近で瞳の結像
をしている。

【００８３】次に、本実施形態における光学作用を説明
する。光変調ユニットＴで変調された赤、緑、青の３色
の光は、不図示の色合成光学系において同一光軸上に合
成される。色合成光学系とては、ダイクロイックプリズ
ムや光学楔等を用いることができる。

【００８４】次に、色合成された光は、回転対称の屈折
レンズ群ＬＧを通り、光走査ユニットＭＭで反射した
後、４つの反射面Ｒ１〜Ｒ４を次々と反射しながら拡大
され、１次元像がスクリーンＳに映し出される。そし
て、駆動回路ＤＲによって振れ駆動される光走査ユニッ
トＭＭによりスキャンされることによって２次元画像が
スクリーンＳに表示される。

【００８５】図７には、スクリーンＳ上でのスポットの
大きさを示している。具体的には、スクリーンＳの中心
を原点とし、ｘの正の方向で像高を0 ％、33％、67％、
100％に４分割し、さらにｙ方向で像高を‐100 ％、‐5
0％、0 ％、50％、100 ％の５分割した位置、つまりス
クリーン上で２０ポイントの位置でのスポットを表して
いる。なお、スクリーンＹＺ平面に対して対称な構成で
あるのでも、図７においてはｘのマイナス方向は省略し
ている。

【００８６】また、本実施形態の投射光学系２のディス
トーションの様子を図８に示している。この図８から分
かるように、ｙ方向の像高‐100 ％，100 ％の近辺お
よびｘ方向の像高33％〜-33 ％かつｙ方向の像高50％近
辺等で若干のディストーションが見られるが、全体とし
て大きなディストーションはなく、非対称なディストー
ションも少ない。

【００８７】本実施形態で用いられる投射光学系２にお
いて、光変調ユニットＴの中心からの光束がスクリーン
Ｓの中心で像を結ぶとき、アジムス０度と90度における
焦点距離f2(0) ，f2(90)、絞り面からの前側主点H2(0)
，H2(90)および基準軸のまわりに展開したアジムス０
度( 走査方向) と90度( 非走査方向) における倍率β2
(0)，β2(90) ははそれぞれ、 f2(0) ＝−6.33205 ，f2(90)＝−3.79933 H2(90)＝−11.4305 ，H2(90)＝−9.49355 β2(0)＝ f2(0)/(f2(0) −5.985 −H2(0))＝7.14 β2(90)= f2(90)/(f2(90)−5.985 −H2(90)) ＝13.07 となる。

【００８８】したがって、｜1 −β2(0)／( β2(90) ×cos(60°))｜＝0.093 ＜0.3 ・・・( １) となる（ここで60度はスクリーンＳの法線と基準軸のな
す角である）。

【００８９】このように、（１）式の値が０．３よりも
小さいので、２次元の投射画像のスクリーンＳ上で縦横
比が保たれている。

【００９０】本実施形態では、回転非対称反射面を表面
反射面として用いているが、特開平８−２９２３７２
号、特開平９−２２２５６１号および特開平９−２５８
１０５号公報等のように、透明体の表面に回転非対称反
射面を形成した光学ブロックを使用してもよい。さら
に、複数の回転非対称な表面反射面を一体にモールド成
形してもよい。

【００９１】また、本実施形態では、回転非対称反射面
を４面用いているが、反射面は４面に限らない。ただ
し、収差補正上、少なくとも３面以上あることが望まし
い。また、回転非対称反射面はある平面に対して対称な
形状であるが、これに限られるものではない。

【００９２】また、本実施形態の投射光学系２は光走査
ユニットＭＭの走査方向においてｆθレンズ特性を持っ
ているが、これ以外の特性を持っていてもよい。光走査
ユニットが定角速度で触れるのであれば、投射光学系の
走査方向においてｆθレンズ特性を持たせればよいが、
光走査ユニットが正弦波振動して走査する場合は、投射
光学系の走査方向においてアークサインレンズの特性を
持たせる必要がある。さらに、光走査ユニットの正弦波
振動における角度変化の小さい山と谷の部分を除いた部
分を光走査に使ってもよい。

【００９３】（第３実施形態）図９には、本発明の第３
実施形態である画像投射装置の構成を示している。図９
において、Ｔは点状光源を有する光変調ユニットであ
り、具体的には発光ダイオードや半導体レーザー等の発
光強度を変調できる自発光デバイスを用いることができ
る。なお、このような自発光デバイス以外に、ドットマ
トリックス液晶パネルやデジタルミラーデバイス等を用
いたライトバルブと、これらに照明光を入射させる照明
系とを含むユニットを用いてもよい。

【００９４】３は光変調ユニットＴの像をスクリーン
（被投射面）Ｓに拡大投影するための投射光学系であ
り、より詳しい構成を図１０に示している。

【００９５】投射光学系２において、ＬＧは屈折レンズ
群である。ＭＭはガルバノミラーや回転多面鏡などの光
走査ユニットであり、絞りも兼ねている。また、光走査
ユニットＭＭの走査方向は互いに直交する２方向であ
る。Ｍは平面ミラーである。

【００９６】スクリーンＳの大きさは縦横比が４：３
で、対角は５０ｍｍである。また、スクリーンＳの法線
に対して投射光学系３の基準軸は６０度傾いている。以
下、本実施形態に用いられる投射光学系の構成データを
示す。 Fno ８ i Yi Zi θ Di Ni νi 0 0.00 0.00 0.00 7.00 1 光変調ユニット 1 0.00 0.00 0.00 1.02 1.60524 60.64 屈折面 2 0.00 1.02 0.00 1.88 1 屈折面 3 0.00 2.90 0.00 0.50 1.85415 23.78 屈折面 4 0.00 3.40 0.00 0.50 1 屈折面 5 0.00 3.90 0.00 3.00 1.49353 57.40 屈折面 6 0.00 6.90 0.00 4.12 1 屈折面 7 0.00 11.02 25.00 8.00 1 光走査ユニット 8 -6.13 5.88 30.00 9.80 反射面 9 -4.43 15.53 35.18 9.03 反射面 10 -12.27 11.06 37.35 10.00 反射面 11 -9.79 20.75 54.24 40.00 反射面 12 -49.69 23.63 34.13 像面球面形状 R １面 r1= 7.431 R ２面 r2= -5.135 R ３面 r3= -5.000 R ４面 r4=-32.274 R ５面 r5= 8.037 R ６面 r6= -7.745 非球面形状 R ８面Ｃ０２＝２．２２８０１ｅ−００２Ｃ２０＝９．０４３３３
ｅ−００３Ｃ０３＝３．５６５５６ｅ−００３Ｃ２１＝５．５６
８８１ｅ−００３Ｃ０４＝−１．００５６９ｅ−００４Ｃ２２＝３．２１
６１７ｅ−００４Ｃ４０＝１．７１８２２ｅ−００４Ｃ０５＝−７．１５３０６ｅ−００５Ｃ２３＝−１．９
１５３４ｅ−００４Ｃ４１＝５．４０５２０ｅ−００５Ｃ０６＝−８．４３２４８ｅ−００６Ｃ２４＝１．６３
４９８ｅ−００５Ｃ４２＝−２．７３０９２ｅ−００５Ｃ６０＝８．４６０８９ｅ−００６ C03=2.17674e-003 C21=3.81707e-003 C04=-9.79316e-006 C22=2.03030e-005 C40=1.51011e-005 C05=-5.36429e-020 C23=-2.68262e-019 C41=-1.70163e-017 C06=-3.99041e-033 C24=-3.95443e-032 C42=-3.95443e-032 C60=-3.77454e-033 R10面 C02=1.29299e-002 C20=1.87452e-002 C03=1.13796e-003 C21=-1.06388e-003 C04=-2.68164e-004 C22=3.86440e-004 C40=2.21569e-006 C05=-3.31658e-018 C23=-5.40392e-017 C41=-2.72786e-017 C06=-3.97692e-030 C24=-3.99041e-029 C42=-3.99041e-029 C60=-3.99041e-030 スクリーンＳの中心を原点にとり、スクリーンＳ上でｙ
方向における像高が、-100％、-50 ％、0 ％、50％、10
0 ％のとき、光走査ユニットＭＭのｙ方向における振れ
角は、スクリーン中心に結像するときの角度を0 度とす
ると、5.33、2.66、0 、-2.63 、-5.08 となる。同様
に、スクリーンＳ上でｘ方向における像高が0 ％、33
％、67％、100 ％のとき、光走査ユニットＭＭのｘ方向
における振れ角は、スクリーン中心に結像するときの角
度を0 度とすると、0 、-2.05 、-4.12 、-6.21 とな
る。角度の正負は反射面のチルト角に順ずる。

【００９７】図９，１０において、投射光学系３は光変
調ユニットＴからの光線の通過順に、回転対称の屈折レ
ンズ群ＬＧと、絞りを兼ねている光走査ユニットＭＭ
と、凹面鏡Ｒ１，凹面鏡Ｒ２および凹反射面Ｒ３の３つ
の反射面と、折り返しミラーＭとから構成されている。
すべての反射面はＹＺ平面のみに対して対称な面、すな
わち回転非対称面である。ここで、光束は凹面鏡Ｒ１と
凹面鏡Ｒ２との間で中間結像しており、凹面鏡Ｒ３付近
で瞳の結像をしている。

【００９８】次に、本実施形態における光学作用を説明
する。光変調ユニットＴで変調された赤、緑、青の３色
の光は、不図示の色合成光学系により同一光軸上に合成
される。色合成光学系としては、ダイクロイックプリズ
ムや光学楔等を用いることができる。

【００９９】次に、色合成された光は回転対称の屈折レ
ンズ群ＬＧを通り、光走査ユニッＭＭで反射し、３つの
反射面Ｒ１〜Ｒ３で次々と反射していき、点像がスクリ
ーンＳに映し出される。そして、駆動回路ＤＲによって
光走査ユニットＭＭが２方向にスキャンされることによ
り、スクリーンＳに２次元画像が表示される。

【０１００】図１１には、スクリーンＳ上でのスポット
の大きさを示している。具体的には、スクリーンＳの中
心を原点とし、ｘの正の方向で像高を0 ％、33％、67
％、100 ％に４分割し、さらにｙ方向で像高を‐100
％、‐50％、0 ％、50％、100 ％の５分割した位置、つ
まりスクリーン上で２０ポイントの位置でのスポットを
表している。なお、スクリーンＹＺ平面に対して対称な
構成であるのでも、図１１においてはｘのマイナス方向
は省略している。

【０１０１】また、本実施形態の投射光学系２のディス
トーションの様子を図１２に示している。この図８から
分かるように、ｘ方向の像高‐100 ％，100 ％の近辺か
つｙ方向の像高０〜100 ％近辺等で若干のディストーシ
ョンが見られるが、全体として大きなディストーション
はなく、非対称なディストーションも少ない。

【０１０２】本実施形態で用いられる投射光学系３にお
いて、光変調ユニットＴの中心からの光束がスクリーン
Ｓの中心で像を結ぶとき、アジムス０度と90度における
焦点距離f3(0) ，f3(90)、絞り面からの前側主点H3(0)
，H3(90)および基準軸のまわりに展開したアジムス０
度( 走査方向) と90度( 非走査方向) における倍率β3
(0)，β3(90) ははそれぞれ、 f3(0) ＝−5.25468 ，f3(90)＝−3.54649 H3(0) ＝−11.7153 、H3(90)＝−10.313 β3(0)＝ f3(0)/(f3(0) −6.996 −H3(0))＝9.81 β3(90) ＝f3(90)/(f3(90)−6.996 −H3(90)) ＝15.45 となる。

【０１０３】したがって、｜1 −β3(0)／( β3(90) ×cos(60°))｜＝0.27＜0.3 ・・・( １) となる（ここで60度はスクリーンＳの法線と基準軸との
なす角である）。

【０１０４】このように、（１）式の値が０．３よりも
小さいので、２次元の投射画像のスクリーンＳ上での縦
横比が保たれている。

【０１０５】なお、( １）式の値が上記他の実施形態に
比べてある程度大きいのは、光走査ユニットＭＭの２方
向の振れ角が非対称になっていて、ディストーション等
の収差を補正しているためである。

【０１０６】本実施形態では、回転非対称反射面を表面
反射面として用いているが、特開平８−２９２３７２
号、特開平９−２２２５６１号および特開平９−２５８
１０５号公報等のように、透明体の表面に回転非対称反
射面を形成した光学ブロックを使用してもよい。さら
に、複数の回転非対称な表面反射面を一体にモールド成
形してもよい。

【０１０７】また、本実施形態では、回転非対称反射面
を３面用いているが、反射面は３面に限らない。ただ
し、収差補正上、少なくとも３面以上あることが望まし
い。また、回転非対称反射面はある平面に対して対称な
形状であるが、これに限られるものではない。

【０１０８】さらに、以上説明した各実施形態では、近
い方の共役面に光変調ユニットＴを配置し、その像を遠
い方の共役面であるスクリーンＳに拡大投影する投射光
学系について説明したが、本発明を、遠い方の共役面に
配置した２次元被写体を近い方の共役面に配置したＣＣ
ＤやＣＭＯＳ等の撮像素子（光電変換素子）で撮像する
書画カメラ等の撮像光学系として用いてもよい。

【０１０９】そしてこの場合に、上記（１）’を満足す
ることにより、撮像した画像の縦横比を適正に保つこと
ができる。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように、本願第１の発明に
よれば、基準軸まわりに展開される焦点距離や倍率等を
適切な値に設定することによって、斜め投射型でありな
がら、小型で、ディストーション（主に台形歪み）を抑
えた投射光学系を得ることができる。

【０１１１】特に、上記第１の発明において、曲面反射
面を回転非対称面としたオフアキシャル光学系を用いれ
ば、光学的な軸に対して非対称な特性を持たせることが
容易になるので、例えば、光走査手段による非走査方向
に関しては通常のカメラレンズと同様のｆ・ｔａｎθ特
性を持たせ、走査方向においては光走査手段に合わせて
ｆθレンズやアークサインレンズ等の特性を持たせるこ
とができ、ディストーションを効果的に補正することが
できる。

【０１１２】また、本願第２の発明によれば、基準軸ま
わりに展開される焦点距離や倍率等を適切な値に設定す
ることによって、例えば斜め投射型や斜め撮像型の光学
系でありながら、小型で、ディストーション（主に台形
歪み）を抑えるのに有利な光学系を得ることができる。

【０１１３】そして、特に、上記第１および第２の発明
において、（１）又は（１）’式を満足するようにすれ
ば、投射画像や撮像画像等の縦横比を適正に保つことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である画像投射装置の構
成を示す図である。

【図２】上記第１実施形態の画像投射装置に用いられて
いる投射光学系の拡大図である。

【図３】上記第１実施形態の画像投射装置により投射さ
れたスポットのスクリーン上での大きさを示す図であ
る。

【図４】上記第１実施形態の投射光学系のディストーシ
ョンを示す図である。

【図５】本発明の第２実施形態である画像投射装置の構
成を示す図である。

【図６】上記第２実施形態の画像投射装置に用いられて
いる投射光学系の拡大図である。

【図７】上記第２実施形態の画像投射装置により投射さ
れたスポットのスクリーン上での大きさを示す図であ
る。

【図８】上記第２実施形態の投射光学系のディストーシ
ョンを示す図である。

【図９】本発明の第３実施形態である画像投射装置の構
成を示す図である。

【図１０】上記第３実施形態の画像投射装置に用いられ
ている投射光学系の拡大図である。

【図１１】上記第３実施形態の画像投射装置により投射
されたスポットのスクリーン上での大きさを示す図であ
る。

【図１２】上記第３実施形態の投射光学系のディストー
ションを示す図である。

【図１３】従来のシフト光学系の概念図である。

【図１４】斜め投射する光学系の概念図である。

【図１５】従来の斜め投射光学系を示す図である。

【図１６】従来の斜め投射光学系を示す図である。

【図１７】図１６の投射光学系により投射される画像と
スクリーンの概念図である。

【図１８】斜め投射する場合の倍率の関係を示す図であ
る。

【図１９】上記実施形態における投射光学系の座標系の
説明図である。

【符号の説明】

１，２，３投射光学系Ｌ照明光源ＬＶライトバルブＬＧ屈折レンズ群Ｒ１〜Ｒ４反射面ＳスクリーンＳＴＯＰ絞りＳ’ 基準軸に直交する平面ＭＭ光走査ユニットＭ折り返しミラーＡ基準軸Ｔ光変調ユニット βｘ，βｙ，βｙ’ 倍率Ｒｉ，Ｒｍ，Ｒｎ光学面Ｂｉｉ番目の光学素子Ｄｉ基準軸に沿った面間隔Ｎｄｉ屈折率 νｄｉアッベ数

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年７月２９日（２００２．７．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】また、特開平６−２９５１５９号公報に
は、レーザー光線を回転多面鏡により２次元的にスキャ
ンし、画像を表示する装置が提案されている。この場
合、レーザー光線の強度変調のタイミングを適切な値に
することにより、すなわち電気的な補正によりディスト
ーションを補正することは可能である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】また、特開平５−８０４１８号公報にて提
案されている投射光学系の場合、レンズ系をチルトして
いるだけなので、像面を十分に傾けることが難しい。ま
た、レンズ系のチルト量が多すぎると、光学性能を確保
することが難しくなる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５５】また、スクリーンＳの法線に対して投射光
学系１の基準軸は４５度傾いている。以下、本実施形態
に用いられている投射光学系１の構成データを示す。絞
り径 3.00i Yi Zi θ Di 0 0.00 0.00 0.00 24.00 光変調ユニット 1 0.00 0.00 0.00 7.00 絞り 2 0.00 7.00 25.00 33.00 光走査ユニット 3 -25.28 -14.21 35.00 30.07 反射面 4 -15.00 14.04 37.00 30.00 反射面 5 -39.27 -3.59 29.00 36.66 反射面 6 -36.71 32.97 21.81 380.00 反射面 7 -278.99 -259.77 -5.39 像面非球面形状 R ３面 C02=6.89532e-003 C20= 7.01247e-003 C03=-5.62480e-005 C21=-5.55500e-005 C04=-7.69711e-007 C22=-1.25238e-007 C40= 5.43875e-
007 C05=-5.81133e-008 C23=-4.47631e-008 C41=-3.75781e-
009 C06=-9.18693e-010 C24= 2.47227e-010 C42=-8.49058e-
010 C60=1.61412e-010 R ４面 C02=-1.97978e-003 C20=-2.18197e-003 C03=-2.38121e-004 C21=-2.16780e-004 C04= 5.16127e-006 C22= 7.94060e-006 C40= 2.81918e-
006 C05=-1.87169e-007 C23=-1.50961e-007 C41=-2.94833e-
008 C06= 6.48244e-009 C24=4.97120e-009 C42=-7.26821e-0
09 C60= 6.40456e-010 R ５面 C02=-2.73356e-002 C20=-1.41520e-002 C03=-1.82568e-003 C21=-5.75023e-004 C04=-2.53442e-004 C22=-5.04656e-006 C40=1.82935e-0
05 C05=-5.46379e-005 C23= 1.50746e-006 C41=3.80418e-0
06 C06=-5.90261e-006 C24= 2.53956e-008 C42=3.80481e-0
07 C60=4.13581e-008 R ６面 C02=-8.86201e-003 C20=-1.31404e-002 C03= 2.11881e-005 C21= 7.70568e-005 C04=-1.43952e-006 C22=-3.53294e-006 C40=-1.70195e-
006 C05= 3.50386e-008 C23= 4.72628e-008 C41= 3.41951e-
009 C06=-8.75791e-010 C24=-1.91391e-009 C42=-2.10540e-
010 C60=-1.78168e-010 スクリーンＳの中心を原点にとり、スクリーンＳ上でｙ
方向における像高が、-100％、-50 ％、0 ％、50％、10
0 ％のとき光走査手段の振れ角は、スクリーン中心に結
像するときの角度を０度とすると、2.437 、1.286 、0
、-1.35,-2.753となる。角度の正負は反射面のチルト
角に順ずる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６８】このように解釈した場合、評価面である
Ｓ’におけるｙ’方向の倍率βｙ’はＳにおける倍率β
ｙが射影されたと考えることができるので、スクリーン
Ｓ上で縦横比が保たれるためには、以下の関係を満たし
ている必要がある。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７８】また、スクリーンＳの法線に対して投射光
学系２の基準軸は６０度傾いている。以下、本実施形態
に用いられている投射光学系２の構成データを示す。 Fno ８i Yi Zi θ Di Ni νi 0 0.00 0.00 0.00 5.985 1 光変調ユニット 1 0.00 0.00 0.00 0.50 1.60524 60.64 屈折面 2 0.00 0.50 0.00 0.50 1 屈折面 3 0.00 1.00 0.00 0.50 1.85415 23.78 屈折面 4 0.00 1.50 0.00 0.50 1 屈折面 5 0.00 2.00 0.00 0.50 1.49353 57.40 屈折面 6 0.00 2.50 0.00 2.00 1 屈折面 7 0.00 4.50 25.00 7.91 1 光走査ユニット 8 -6.06 -0.59 35.00 10.00 反射面 9 -2.64 8.81 48.94 6.61 反射面 10 -9.11 7.42 42.88 10.00 反射面 11 -7.74 17.33 47.77 35.96 反射面 12 -43.66 15.86 27.66 像面球面形状 R １面 r1= 5.034 R ２面 r2= -7.162 R ３面 r3= -5.000 R ４面 r4=-22.488 R ５面 r5= 5.000 R ６面 r6=-12.306 非球面形状 R ８面 C02=2.80457e-002 C20=4.75069e-003 C03=2.97165e-003 C21=2.08057e-003 C04=8.81644e-005 C22=-2.99262e-004 C40=8.54417e-00
5 C05=-3.77030e-018 C23=-2.11395e-017 C41=-1.33892e-
018 C06=-7.28888e-032 C24=-5.66908e-031 C42=-5.66908e-
031 C60=-5.31508e-032 R ９面 C02=-2.99863e-002 C20=-3.76538e-002 C03=2.14322e-003 C21=6.48291e-004 C04=-9.79316e-006 C22=2.03030e-005 C40=1.51011e-00
5 C05=-5.36429e-020 C23=-2.68262e-019 C41=-1.70163e-
017 C06=-4.16792e-033 C24=-4.66720e-032 C42=-4.66720e-
032 C60=-7.44043e-033 R10 面 C02=6.13921e-003 C20=2.42964e-002 C03=1.09084e-003 C21=-4.27999e-003 C04=-2.68164e-004 C22=3.86440e-004 C40=2.21569e-00
6 C05=-3.88515e-018 C23=-5.40392e-017 C41=-2.81146e-
017 C06=-4.32224e-030 C24=-4.12698e-029 C42=-4.12698e-
029 C60=-4.12899e-030 R11 面 C02=-5.65076e-003 C20=-1.27578e-002 C03=-1.48251e-004 C21=6.91268e-004 C04=-2.01954e-016 C22=-1.65971e-016 C40=-5.31550e-
017 C05=1.24840e-006 C23=-9.49219e-006 C41=-1.61050e-0
05 C06=-1.42993e-008 C24=1.44926e-016 C42=-1.28171e-0
06 C60=-6.52299e-016 スクリーンＳの中心を原点にとり、スクリーンＳ上でｙ
方向における像高が、-100％、-67 ％、-33 ％、0 ％、
33％、67％、100 ％のときの光走査ユニットＭＭの振れ
角は、スクリーン中心に結像するときの角度を０度とす
ると、7 、4.67、2.33、0 、-2.33 、-4.67 、-7とな
る。角度の正負は反射面のチルト角に順ずる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８２】図５，６において、投射光学系２は光変調
ユニットＴからの光線の通過順に、回転対称の屈折レン
ズ群ＬＧと、絞りを兼ねている光走査ユニットＭＭと、
凹面鏡Ｒ１，凹面鏡Ｒ２，凹面鏡Ｒ３および凹面鏡Ｒ４
の４つの反射面とから構成されている。すべての反射面
はＹＺ平面のみに対して対称な面、すなわち回転非対称
面である。ここで、光束は凹面鏡Ｒ１および凹面鏡Ｒ２
の間で中間結像しており、凹面鏡Ｒ３付近で瞳の結像を
している。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８３】次に、本実施形態における光学作用を説明
する。光変調ユニットＴで変調された赤、緑、青の３色
の光は、不図示の色合成光学系において同一光軸上に合
成される。色合成光学系としては、ダイクロイックプリ
ズムや光学楔等を用いることができる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９６】スクリーンＳの大きさは縦横比が４：３
で、対角は５０ｍｍである。また、スクリーンＳの法線
に対して投射光学系３の基準軸は６０度傾いている。以
下、本実施形態に用いられる投射光学系の構成データを
示す。 Fno ８i Yi Zi θ Di Ni νi 0 0.00 0.00 0.00 7.00 1 光変調ユニット 1 0.00 0.00 0.00 1.02 1.60524 60.64 屈折面 2 0.00 1.02 0.00 1.88 1 屈折面 3 0.00 2.90 0.00 0.50 1.85415 23.78 屈折面 4 0.00 3.40 0.00 0.50 1 屈折面 5 0.00 3.90 0.00 3.00 1.49353 57.40 屈折面 6 0.00 6.90 0.00 4.12 1 屈折面 7 0.00 11.02 25.00 8.00 1 光走査ユニット 8 -6.13 5.88 30.00 9.80 反射面 9 -4.43 15.53 35.18 9.03 反射面 10 -12.27 11.06 37.35 10.00 反射面 11 -9.79 20.75 54.24 40.00 反射面 12 -49.69 23.63 34.13 像面球面形状 R １面 r1= 7.431 R ２面 r2= -5.135 R ３面 r3= -5.000 R ４面 r4=-32.274 R ５面 r5= 8.037 R ６面 r6= -7.745 非球面形状 R ８面 C02=2.22801e-002 C20=9.04333e-003 C03=3.56556e-003 C21=5.56881e-003 C04=-1.00569e-004 C22=3.21617e-004 C40=1.71822e-00
4 C05=-7.15306e-005 C23=-1.91534e-004 C41=5.40520e-0
05 C06=-8.43248e-006 C24=1.63498e-005 C42=-2.73092e-0
05 C60=8.46089e-006 R ９面 C02=-2.79179e-002 C20=-3.94843e-002 C03=2.17674e-003 C21=3.81707e-003 C04=-9.79316e-006 C22=2.03030e-005 C40=1.51011e-00
5 C05=-5.36429e-020 C23=-2.68262e-019 C41=-1.70163e-
017 C06=-3.99041e-033 C24=-3.95443e-032 C42=-3.95443e-
032 C60=-3.77454e-033 R10面 C02=1.29299e-002 C20=1.87452e-002 C03=1.13796e-003 C21=-1.06388e-003 C04=-2.68164e-004 C22=3.86440e-004 C40=2.21569e-00
6 C05=-3.31658e-018 C23=-5.40392e-017 C41=-2.72786e-
017 C06=-3.97692e-030 C24=-3.99041e-029 C42=-3.99041e-
029 C60=-3.99041e-030 スクリーンＳの中心を原点にとり、スクリーンＳ上でｙ
方向における像高が、-100％、-50 ％、0 ％、50％、10
0 ％のとき、光走査ユニットＭＭのｙ方向における振れ
角は、スクリーン中心に結像するときの角度を0 度とす
ると、5.33、2.66、0 、-2.63 、-5.08 となる。同様
に、スクリーンＳ上でｘ方向における像高が0 ％、33
％、67％、100 ％のとき、光走査ユニットＭＭのｘ方向
における振れ角は、スクリーン中心に結像するときの角
度を0 度とすると、0 、-2.05 、-4.12、-6.21 とな
る。角度の正負は反射面のチルト角に順ずる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９７】図９，１０において、投射光学系３は光変
調ユニットＴからの光線の通過順に、回転対称の屈折レ
ンズ群ＬＧと、絞りを兼ねている光走査ユニットＭＭ
と、凹面鏡Ｒ１，凹面鏡Ｒ２および凹面鏡Ｒ３の３つの
反射面と、折り返しミラーＭとから構成されている。す
べての反射面はＹＺ平面のみに対して対称な面、すなわ
ち回転非対称面である。ここで、光束は凹面鏡Ｒ１と凹
面鏡Ｒ２との間で中間結像しており、凹面鏡Ｒ３付近で
瞳の結像をしている。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０１】また、本実施形態の投射光学系２のディス
トーションの様子を図１２に示している。この図から分
かるように、ｘ方向の像高‐100 ％，100 ％の近辺かつ
ｙ方向の像高０〜100 ％近辺等で若干のディストーショ
ンが見られるが、全体として大きなディストーションは
なく、非対称なディストーションも少ない。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を表示するための変調光を発する光
変調手段と、この光変調手段からの光を２次元画像を得るために走査
する光走査手段と、この光走査手段により走査される光を反射させて被投射
面に投射する、複数の曲面反射面とを有し、この投射光学系の瞳の中心と投射画像の中心とを結ぶ基
準軸が前記被投射面の法線に対して傾いていることを特
徴とする投射光学系。
【請求項２】前記曲面反射面が回転非対称面であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
【請求項３】前記光変調手段は、発光強度を変調可能
な発光素子であ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４】前記光変調手段は、照明光を発する照明
系と、この照明系からの照明光を変調する変調素子とを
有して構成されてい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５】前記光変調手段からの光を、この投射光
学系の光路内で少なくとも１回、中間結像させることを
特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
【請求項６】前記基準軸が前記被投射面の法線に対し
て所定方向に傾いており、前記光走査手段は、前記所定方向に関して振れ角が非対
称となるように前記光変調手段からの光を走査すること
を特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
【請求項７】前記基準軸の前記被投射面の法線に対す
る傾き角をθとし、前記基準軸と前記被投射面の法線と
を含む面を表すアジムスをαとし、この投射光学系の前
記基準軸まわりに展開したアジムスξ°における倍率を
β（ξ）とするとき、｜１−β（α）／（β（α＋９０°）ｃｏｓθ）｜＜
０．３なる条件を満足す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８】前記光走査手段は、前記光変調手段から
の光を１次元方向に走査す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９】前記光走査手段は、前記光変調手段から
の光を２次元方向に走査す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１０】距離の異なる２つの面を曲面反射面を
用いて光学的に共役な関係とし、少なくとも所定方向に
延びる画像領域を前記所定方向に対して直交する方向に
走査して２次元画像を得るための光学系であって、この
光学系全体として前記所定方向にｆ・ｔａｎθ特性を持
ち、かつ前記所定方向に対して直交する方向にｆθレン
ズの特性又はアークサインレンズの特性を持つよう構成
されたことを特徴とする光学系。
【請求項１１】前記曲面反射面が回転非対称面である
ことを特徴とする請求項１０に記載の投射光学系。
【請求項１２】前記２つの共役面のうち前記所定方向
に延びる画像領域に対応する近い方の共役面の中心とこ
の光学系の瞳の中心とを結ぶ軸を基準軸とするとき、前記基準軸が遠い方の共役面の法線に対して傾いている
ことを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
【請求項１３】前記基準軸と前記遠い方の共役面の法
線とのなす角をθとし、前記基準軸と前記遠い方の共役
面の法線を含む面を表すアジムスをα、前記光学系の前
記基準軸のまわりに展開したアジムスξ°における拡大
側の倍率をβ（ξ）とするとき、｜１−β（α）／（β（α＋９０°）ｃｏｓθ）｜＜
０．３なる条件を満足することを特徴とする請求項１０に記載
の光学系。
【請求項１４】請求項１から９のいずれかに記載の投
射光学系を備えたことを特徴とする画像投射装置。
【請求項１５】請求項１０から１３のいずれかに記載
の光学系を備えたことを特徴とする光学機器。