JP2013242594A - 投射光学系及び投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い画角を確保しつつ像性能の良好な近接投射が可能であり、コンパクトで、かつ、低コストな投射光学系を提供する。
【解決手段】投射型画像表示装置は、屈折光学部４０によって収差の少ない拡大像を形成し、第１曲面ミラー２１の正のパワーで像光を一旦集光した後に発散させ、第２曲面ミラー２２の負のパワーで像光をさらに発散させることができる。全系の長さを短くして非常に広い画角を確保しつつも歪等の収差を抑えた像をスクリーン上に投射する。屈折光学部４０と第１及び第２曲面ミラー２１，２２とに対するパワー配分の調整等により、屈折光学部４０を低コストに抑えつつ、第１曲面ミラー２１に高い加工精度が要求されることを回避するとともに、第２曲面ミラー２２のサイズ等を小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル等によって形成された画像をスクリーンに投射するための投射光学系及びこの投射光学系を備える投射型画像表示装置に関する。

近距離から投射して大画面を得ることが可能な半画角６０度前後の広い画角を有する投射光学系として、複数のレンズで構成される屈折光学部を有するものがある（特許文献１参照）。しかしながら、屈折光学部の機能のみで非常に広い画角を得ようとした場合、特に拡大側に位置するレンズは、非常に大きなものとなってしまうという欠点がある。また、屈折光学部の機能のみで広画角化を行おうとすると、特に拡大側に位置するパワーの強い負メニスカスレンズによって発生する倍率色収差を補正するために、非常に多くの枚数のレンズが必要となる。

このような屈折光学部のみを有する投射光学系における欠点を解消する方法として、複数のレンズからなる屈折光学部と少なくとも１枚の曲面反射ミラーとを用いた屈折・反射複合光学系で構成される投射光学系が提案されている（特許文献２及び３参照）。これらの屈折・反射型複合光学系では、最終的な広画角を得る手段として反射ミラーを用いているため、上述の屈折光学部のみを有する投射光学系と比較して、倍率色収差が発生しにくいという特徴がある。

特開２００７−１４７９７０号公報 特開２００６−２３５５１６号公報 特開２００７−０７９５２４号公報

しかしながら、特許文献２のような投射光学系は、屈折光学部と凹面ミラーとを用いて非常に広い画角を確保しているものの、屈折光学部のレンズの大きさと比較すると曲面ミラーが非常に大きく、投射光学系の全長も非常に長い。

また、特許文献３のような投射光学系は、例えば画角を６０度程度としている例において、凹面ミラーと凸面ミラーとを組み合わせることによりミラーサイズは小さくなっているものの、特許文献２と同様に投射光学系の全長が非常に長い。また、Ｆ値も３程度と暗く、透過型の液晶を用いる光学系として不十分な明るさである。さらに、この２枚のミラーは非球面であるため、精度や組み立てが非常に難しい。

以上のことから、上述のような従来の複合光学系では、広画角が得られる反面、全長を短くすることが困難であり、かつミラーのサイズが大きくなってしまうという欠点がある。そのため、このような複合光学系は、リアプロジェクターのように内部で折り曲げ構造がとれる機種の場合には大きな不都合が生じないが、フロントプロジェクターのように可搬性を重視する機種の場合には装置サイズの大型化を回避することができない。

そこで、本発明は、広い画角を確保しつつ像性能の良好な近接投射が可能であり、コンパクトでかつ低コストな投射光学系を提供することを目的とする。

また、本願発明は、上記投射光学系を備える投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る投射光学系は、縮小側から順に複数のレンズで構成され正のパワーを有する屈折光学部と、凹面形状の反射光学面を有する第１反射光学部と、凸面形状の反射光学面を有する第２反射光学部とを備える投射光学系であって、屈折光学部、第１反射光学部、及び第２反射光学部を合わせた全系の焦点距離をＦ、屈折光学部の焦点距離をＦＬとしたときに、以下の条件式
０．２＜Ｆ／ＦＬ＜０．５ （１）
を満たす。

上記投射光学系では、屈折光学部によって後段に配置される２枚のミラーで発生する収差を打ち消すような拡大像を形成し、第１反射光学部の正のパワーで像光を一旦集光した後に発散させ、第２反射光学部の負のパワーで像光をさらに発散させることができる。これにより、全系の長さを短くして非常に広い画角を確保しつつも歪等の収差を抑えた像をスクリーン上に投射することができる。この際、屈折光学部と第１及び第２反射光学部とに対するパワーを適切に配分し屈折光学部の構成を単純化することにより、屈折光学部を低コストに抑えつつ、第１反射光学部に高い加工精度が要求されることを回避するとともに、第２反射光学部のサイズ等を小さくすることができる。ここで、条件式（１）は、全系の焦点距離と屈折光学部の焦点距離との比に関する条件である。この条件式（１）の範囲内で屈折光学部と第１及び第２反射光学部とのパワーを適切に配分することにより、本発明の投射光学系は、上述のように低コストで良好な結像性能を得つつ、全系の小型化を達成することができる。

なお、条件式（１）の上限を超えた場合、全系の焦点距離に対し、屈折光学部の焦点距離が短くなりすぎることとなる。この場合、屈折光学部内での各レンズパワーが増大することになり緒収差を小さく抑えることが困難になる。

また、条件式（１）の下限を下回った場合、全系の焦点距離に対し、屈折光学部の焦点距離が長くなりすぎることとなり、最終的に必要な広い画角を得るために、第１及び第２反射光学部のパワーを大きくする必要が生じる。この場合、第１反射光学部の正のパワーが強くなると、第１反射光学部で反射した光線の角度がより強くなる。そのため、第２反射光学部を大きくする必要が生じ、小型化という面で不利になる。特に強い正のパワーを有する第１反射光学部では、凹面部が深くなり過ぎると、必要な面精度を確保することが困難となる。

本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記投射光学系において、屈折光学部は、屈折光学部において最も広い間隔を挟んで縮小側から順に正のパワーを有する第１レンズ群と、負のパワーを有する第２レンズ群とで構成され、第１レンズ群の焦点距離をＦ１、第２レンズ群の焦点距離をＦ２としたときに、以下の条件式
０．０＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜０．８ （２）
を満たす。この場合、拡大側からみると、負の第２レンズ群から正の第１レンズ群へと配置し、いわゆるレトロフォーカスレンズの構成をとることとなる。これにより、縮小側での十分なバックフォーカスと、良好なテレセントリック特性を得ることができる。さらに、屈折光学部内で、上記条件式を満足するよう適切にパワーを配分することにより、屈折光学部の全長を短くするとともに、長いバックフォーカスを確保しながら、良好な性能を確保することができる。

なお、条件式（２）の上限を超えた場合、第１レンズ群の正のパワーに対して、第２レンズ群の負のパワーが強くなりすぎることとなる。このように、第２レンズ群を構成する各レンズのパワーが強くなりすぎると、特にコマ収差や非点収差の発生の原因となり、少ない構成で第２レンズ群を構成することが困難になる。

また、条件式（２）の下限を下回った場合、第１レンズ群の正のパワーに対して、第２レンズ群の負のパワーが弱くなりすぎることとなる。この場合、レトロフォーカスの効果が小さくなり、十分なバックフォーカスを確保しながら諸収差を小さく抑えることが困難になる。

特に大型の非球面形状の反射ミラーは、ガラスで製造することは困難であり、通常、材料を樹脂とした成型ミラーとすることが多い。樹脂の成型ミラーでは、反射面を非球面形状としたり、外形状を通常のガラスレンズのように円形とする以外に、矩形状にしたり自由に選択できる。その半面、ガラス球面レンズなどと比較すると面精度が低かったり、矩形状としたために、他の光学部品との光軸を合わせることが困難となったりする。

本発明の別の態様では、第２反射光学部の凸面形状の反射光学面は、球面である。この場合、反射光学面を球面とすることにより、反射光学面を加工しやすくなる。そのため、通常の球面のガラスレンズと同様に製造することが可能で、低コストでかつ高精度な反射光学面とすることができるだけでなく、通常のレンズと同じ加工工程をとることで、芯取りによる高い偏芯精度が得られ、かつ一般的な円筒状のレンズ枠に高精度に組み込むことができる。

この種の屈折光学部と反射光学部の複合光学系では、屈折光学部から出た光束を、第１反射光学部で屈折光学部側に折り返す性格上、光軸中心近辺は屈折光学部でけられてしまい使用することができない。したがって、画像表示素子は、光軸を含まない位置までシフトする必要がある。画像表示素子から出た光束は、屈折光学部内の絞りから遠ざかっていくにしたがって発散していくため、屈折光学部の拡大側では、レンズの片側半分以下の部分しか透過領域として使用しない。透過領域以外の非透過領域は、例えば以下のように、第１反射光学部で反射された発散光をさらに反射させる、第２反射光学部として使用される。

本発明のさらに別の態様では、第２反射光学部の凸面形状の反射光学面は、屈折光学部を構成する一部のレンズと面を共有する。この場合、１つの部材に２つの役割をもたせることできるため、投射光学系をコンパクトにすることができる。

本発明のさらに別の態様では、第１反射光学部の最大有効半径をＨ１、第２反射光学部の最大有効半径をＨ２としたときに、以下の条件式
０．４＜Ｈ２／Ｈ１＜１．２ （３）
を満たす。この場合、第１反射光学部及び第２反射光学部が略同一の有効半径を有するか、第２反射光学部の有効半径が小さくなり、同軸の一体の枠に入れやすくなる。ここで、条件式（３）は、第１反射光学部の最大有効半径と、第２反射光学部の最大有効半径との比に関する条件である。この条件式（３）は、拡大側から順に屈折光学部、第１反射光学部、及び第２反射光学部とつながる枠構成を簡単化するための条件である。

なお、条件式（３）の上限を超えた場合、第２反射光学部の最大有効半径が、第１反射光学部の最大有効半径より大きくなりすぎることとなる。この場合、屈折光学部と第１反射光学部との間に位置する第２反射光学部の径の方が大きくなるため、枠構成が複雑になり、屈折光学部や第１及び第２反射光学部をそれぞれ別枠とする必要が生じる。複数の枠を用意することになると部品点数も多くなることから低コスト化という点でも不利となる。また、複数の大きさの異なる枠を接合する場合、精度的にも誤差が生じやすくなり好ましくない。

逆に、条件式（３）の下限を下回った場合、第２反射光学部の最大有効半径が、第１反射光学部の最大有効半径より小さくなりすぎることとなる。この場合、第２反射光学部が第１反射光学部の焦点位置に近くなりすぎるため、要求される設置精度の感度が高くなる。また、屈折光学部の一部のレンズを第２反射光学部として共有する場合、このような共有レンズが第１反射光学部に近づくこととなる。そのため、共有レンズが、屈折光学部の１次結像面上に食い込み、レンズ面の傷やゴミなどが写りこむ原因となるため好ましくない。

本発明のさらに別の態様では、少なくとも第１反射光学部と第２反射光学部とは、同軸の枠内に組み込まれる。この場合、偏芯等の影響による結像性能の劣化を防ぐことができる。さらに、第１反射光学部と第２反射光学部の外周は、通常の球面レンズと同様に円形状とし、枠は通常の屈折系レンズと同様の円筒形状にすることにより、高精度かつ低コスト化することができる。加工精度、組み立て精度を上げて歩留まりを良くするためにも、レンズ枠は単純な構造で、一体化することが好ましい。

本発明のさらに別の態様では、屈折光学部の全長をＴＬ、屈折光学部と第１反射光学部との間の距離をＤＭとしたときに、以下の条件式
０．３＜ＤＭ／ＴＬ＜１．０ （４）
を満たす。ここで、条件式（４）は、屈折光学部の全長と、屈折光学部から第１反射光学部までの空気間隔との比に関する条件であり、第１反射光学部の大きさと、加工性の確保に関する条件である。この条件式（４）の範囲内で、屈折光学部と第１反射光学部との距離を適切にとることによって第１反射光学部の小型化を達成でき、パワーを制限することによって要求される加工精度が高くなるのを防ぐことができる。

なお、条件式（４）の上限を超えた場合、屈折光学部と第１反射光学部との間の距離が長くなりすぎることとなる。この場合、全系が長い枠構造となるとともに、反射光学面の有効半径が大きくなり小型化という面で好ましくない。

逆に、条件式（４）の下限を下回った場合、屈折光学部と第１反射光学部との間の距離が短くなりすぎることとなる。この場合、反射光学面の正のパワーが増大するため、性能のばらつきを少なくするためには、要求される加工精度が高くなる。また、屈折光学部と第１反射光学部との距離が短くなると、第１反射光学部で反射される際に各像高に向かう光束の光路が重なってくるため、非点収差を良好に維持したまま、歪曲収差を効率よく補正することが困難となる。

本発明のさらに別の態様では、屈折光学部の縮小側は略テレセントリックになるように構成されている。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る投射型画像表示装置は、上述の投射光学系と、屈折光学部の光路前段に設けられた像形成光学部とを備える。

上記投射型画像表示装置では、上述の投射光学系を備えるため、広い画角を確保しつつも歪等の収差を抑えた像をスクリーン上に投射することができる。また、全系の小型化により、コンパクトな投射型画像表示装置となる。

第１実施形態に係る投射型画像表示装置の要部の構成を説明する図である。 図１の投射型画像表示装置によってスクリーン投射される光線の状態を表す図である。 図２の投射光学系周辺の拡大図である。 （Ａ）は、縮小側における非点収差図であり、（Ｂ）は、歪曲収差図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍの横収差図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍの横収差図である。 縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍにおけるスポットダイアグラムである。 第１実施形態に係る投射型画像表示装置の構成を説明する概念図である。 図１の投射光学系の枠構成を説明する断面図である。 第２実施形態に係る投射型画像表示装置の要部の構成を説明する図である。 図１０の光線の状態を表す図である。 （Ａ）は、縮小側における非点収差図であり、（Ｂ）は、歪曲収差図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍの横収差図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍの横収差図である。 縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍにおけるスポットダイアグラムである。 第３実施形態に係る投射型画像表示装置の要部の構成を説明する図である。 図１６の光線の状態を表す図である。 （Ａ）は、縮小側における非点収差図であり、（Ｂ）は、歪曲収差図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍの横収差図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍの横収差図である。 縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍにおけるスポットダイアグラムである。

〔第１実施形態〕
以下、図１、図２、図３、及び図８等を参照して、本発明の第１実施形態に係る投射型画像表示装置について説明する。

本実施形態における投射型画像表示装置１００は、図２に示すように、スクリーン１０の投射面１０ａ側下方の空間に配置されており、投射光学系１と、像形成光学部６０とを備える。投射光学系１は、拡大投射光学系であり、像形成光学部６０は、投射光学系１によって拡大投射すべき画像を形成する。なお、像形成光学部６０については、図１及び図３等において、その一部であるクロスダイクロイックプリズム６７のみ示し、残りの部分は省略している。

〔１．投射光学系の説明〕
図１及び図２等に示すように投射光学系１は、物面ＯＳ上の画像をスクリーン１０上に拡大像として投射する屈折・反射複合光学系であり、屈折光学部４０と出射光学部２０とを備える。

投射光学系１のうち屈折光学部４０は、像形成光学部６０の出射側に配置されており、屈折レンズ群である第１レンズ群Ｇ１と、同様に屈折レンズ群である第２レンズ群Ｇ２と、絞り４５とを備える。第１及び第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２は、像形成光学部６０のある物体側（縮小側）からスクリーン１０のある投射側（拡大側）に向けて光軸ＯＡを中心として同軸上に順に設けられている。なお、図１等に示すように、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間には、屈折光学部４０において最も広い間隔が設けられている。

以下、屈折光学部４０の具体的なレンズ構成等について説明する。
屈折光学部４０のうち、第１レンズ群Ｇ１は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５と、第６レンズＬ６とで構成される。第２レンズ群Ｇ２は、第７レンズＬ７と、第８レンズＬ８と、第９レンズＬ９と、第１０レンズＬ１０とで構成される。

第１レンズ群Ｇ１のレンズＬ１〜Ｌ６は、縮小側である物面ＯＳ側（スクリーン１０下方の物体側）から拡大側である投射面１０ａ側（スクリーン１０の下方かつ前方の投射側）に向かって、第１レンズＬ１から第６レンズＬ６まで順に配設されている。第２レンズ群Ｇ２のレンズＬ７〜Ｌ１０も、縮小側から拡大側に向かって、第７レンズＬ７から第１０レンズＬ１０まで順に配置されている。ここで、各レンズＬ１〜Ｌ１０の光軸すなわち屈折光学部４０の光軸ＯＡは、スクリーン１０の投射面１０ａに対して垂直に配置されている。絞り４５は、第１レンズ群Ｇ１の第４レンズＬ４と第５レンズＬ５との間に設けられている。

屈折光学部４０の構成レンズのうち、第１レンズＬ１は入射側が平面で出射側が凸の平凸レンズである。また、第２レンズＬ２は、両凸レンズである。また、第３レンズＬ３は、入射側が凸で出射側が凹のメニスカスレンズである。また、第４レンズＬ４は、両凹レンズである。また、第５レンズＬ５は、非球面の両凸レンズである。また、第６レンズＬ６は、入射側が凹で出射側が凸のメニスカスレンズである。第７レンズＬ７は、両凸レンズである。また、第８レンズＬ８、第９レンズＬ９、及び第１０レンズＬ１０は、入射側が凹で出射側が凸のメニスカスレンズである。このうち、第９レンズＬ９は、非球面レンズである。このようなレンズＬ１〜Ｌ１０の構成により、第１レンズ群Ｇ１は、正のパワーを有し、第２レンズ群Ｇ２は、負のパワーを有する。各レンズＬ１〜Ｌ１０の配置は、図１等に示すように、出射光学部２０の形状、配置等との関係でスクリーン１０に最適な拡大投射ができるように調整されている。

屈折光学部４０は、物面ＯＳ側がほぼテレセントリックになるように構成されている。また、屈折光学部４０の前端である第１レンズＬ１と、液晶パネルが配置される物面ＯＳとの間には、３色の像を合成するためのクロスダイクロイックプリズム６７が配置されている。なお、他の２色の液晶パネルを配置すべき物面については、図示を省略しているが、図示の物面ＯＳと等価すなわち共役な配置となっている。図３等において、物面ＯＳ上の各物点からは、物面ＯＳに垂直で光軸ＯＡに平行な主光線を中心として一定の広がりを有する光束が出射し、屈折光学部４０を通過して出射光学部２０等で反射されてスクリーン１０の投射面１０ａ上に投影される。

出射光学部２０は、屈折光学部４０の射出側に配置されており、第１反射光学部である第１曲面ミラー２１と、第２反射光学部である第２曲面ミラー２２とを備える。
図１に示すように、第１及び第２曲面ミラー２１，２２は、光軸ＯＡを中心として同軸上に配置される。第１曲面ミラー２１は、光軸ＯＡを軸とする回転対称面であって、正のパワーを有する凹の非球面である反射光学面２１ａを有する。第１曲面ミラー２１の光軸ＯＡの上側（光軸ＯＡより＋Ｙ方向側）は、第２曲面ミラー２２で反射された光束と干渉するため、カットしてある。なお、円周の形状を部分的に残しておくことにより、光軸ＯＡを決めることが容易である。第２曲面ミラー２２は、レンズ付の裏面ミラーであり、光軸ＯＡを軸とする回転対称面であって、光軸ＯＡの上半分側（光軸ＯＡを通るＸＺ面より＋Ｙ方向側）に負のパワーを有する凸の球面である反射光学面２２ａ（図１等の太線部分）を有する。第２曲面ミラー２２は、上述の屈折光学部４０の最も拡大側の第１０レンズＬ１０の一部と一体となっている。第２曲面ミラー２２の反射光学面２２ａは、第１０レンズＬ１０の縮小側の面と共通の面であり、第１０レンズＬ１０を利用した裏面ミラーとして構成されている。つまり、第１０レンズＬ１０の光軸ＯＡより下半分側（光軸ＯＡを通るＸＺ面より−Ｙ方向側）は屈折光学部４０を構成するレンズとして作用し、第１０レンズＬ１０の光軸ＯＡの上半分側は出射光学部２０を構成する凸面ミラーとして作用する。なお、第２曲面ミラー２２は、第１０レンズＬ１０の縮小側の面にアルミ等の反射材料をコートすることにより形成される。

第１及び第２曲面ミラー２１，２２は、反射光学面２１ａ，２２ａが略同一の有効半径を有し、図８及び図９に示すように、同軸の一体の枠１ａに収められている。なお、図９は、屈折光学部４０のうち第２レンズ群Ｇ２と第１及び第２曲面ミラー２１，２２の枠構成の断面図である。

第１及び第２曲面ミラー２１，２２等を固定するための枠１ａは、光学データをもとに作製されている。枠１ａは、第１及び第２曲面ミラー２１，２２の反射光学面２１ａ，２２ａの有効半径に合わせた同軸の円筒形状となっている。枠１ａのうち第２曲面ミラー２２よりも拡大側では、光軸ＯＡより＋Ｙ方向側の円筒の半分が切断されており、第２曲面ミラー２２から発散した光をカットしないようにしている。また、枠１ａは、第１及び第２曲面ミラー２１，２２に残された外周を基準として高精度に光軸ＯＡを合わせている。

曲面ミラー２１は、像形成光学部６０すなわち物体側からスクリーン１０の投射面１０ａの下方側に出射された投射光を、第１曲面ミラー２１からみて物体側の上方に位置する第２曲面ミラー２２側へ反射させる。第２曲面ミラー２２は、その反射光をさらに反射して上方のスクリーン１０の投射面１０ａに向けて出射する。

以下、本実施形態における投射光学系１の構成条件について説明する。
まず、本実施形態の投射光学系１は、屈折光学部４０、第１曲面ミラー２１、及び第２曲面ミラー２２を合わせた全系すなわち投射光学系１の焦点距離をＦ、屈折光学部４０の焦点距離をＦＬとしたときに、以下の条件式
０．２＜Ｆ／ＦＬ＜０．５ （１）
を満たす。

ここで、条件式（１）は、全系すなわち投射光学系１の焦点距離Ｆと屈折光学部４０の焦点距離ＦＬとの比に関する条件である。条件式（１）の範囲内で屈折光学部４０と第１及び第２曲面ミラー２１，２２とのパワーを適切に配分することにより、低コストで良好な結像性能を得つつ、全系の小型化を達成した高画角の投射光学系となる。

なお、条件式（１）の上限０．５より値Ｆ／ＦＬが大きい場合、全系の焦点距離Ｆに対し、屈折光学部の焦点距離ＦＬが短くなりすぎることとなる。この場合、屈折光学部４０である程度の画角をカバーすることができ、第１及び第２曲面ミラー２１，２２の負担は減ることになる。しかし、屈折光学部４０内での各レンズパワーが増大することになり緒収差を小さく抑えることが困難になる。そのため、屈折光学部４０のレンズ構成などを簡単にすることができなくなり、低コスト化という点で好ましくない。

また、条件式（１）の下限０．２より値Ｆ／ＦＬが小さい場合、全系の焦点距離Ｆに対し、屈折光学部４０の焦点距離ＦＬが長くなりすぎることとなる。つまり、屈折光学部４０での画角は狭くなり、最終的に必要な広い画角を得るために、第１及び第２曲面ミラー２１，２２のパワーを大きくする必要が生じる。第１及び第２曲面ミラー２１，２２によって画角を稼ぐためのパワーを強くするため、第１曲面ミラー２１は、その反射光学面２１ａの正のパワー強くし、第２曲面ミラー２２は、その反射光学面２２ａの負のパワーを同様に強くする必要がある。このように、第１曲面ミラー２１の正のパワーが強くなると、第１曲面ミラー２１で反射した光線の角度がより強くなる。そのため、第２曲面ミラー２２を大きくする必要が生じ、小型化という面で不利になる。また、反射光学面２１ａ，２２ａの曲率半径が小さくなると、製造上の感度すなわち要求精度も増し好ましくない。

次に、本実施形態の投射光学系１は、屈折光学部４０において、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をＦ１、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をＦ２としたときに、以下の条件式
０．０＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜０．８ （２）
を満たす。

この場合、拡大側からみた場合に、負の第２レンズ群Ｇ２から正の第１レンズ群Ｇ１へと配置し、いわゆるレトロフォーカスレンズの構成をとることとなる。条件式（２）の範囲内で第１及び第２レンズ群Ｇ１，Ｇ２を適切に構成することにより、屈折光学部４０を少ない枚数のレンズで低収差にしている。また、縮小側での十分なバックフォーカスと、良好なテレセントリック特性を得ている。さらに、屈折光学部４０内で、上記条件式（２）を満足するよう適切にパワーを配分することにより、屈折光学部４０の全長を短くするとともに、長いバックフォーカスを確保しながら、良好な結像性能を確保することができる。

なお、条件式（２）の上限０．８より値｜Ｆ１／Ｆ２｜が大きい場合、第１レンズ群Ｇ１の正のパワーに対して、第２レンズ群Ｇ２の負のパワーが強くなりすぎることとなる。これにより、第２レンズ群Ｇ２のパワーすなわちこれを構成する各レンズのパワーが強くなりすぎると、特にコマ収差や非点収差の発生の原因となり、少ない構成で第２レンズ群Ｇ２を構成することが困難になる。

また、値｜Ｆ１／Ｆ２｜が条件式（２）の下限０．０である場合、第１レンズ群Ｇ１の正のパワーに対して、第２レンズ群Ｇ２の負のパワーが弱くなりすぎることとなる。これにより、レトロフォーカスの効果が小さくなり、十分なバックフォーカスを確保しながら諸収差を小さく抑えることが困難になる。

次に、本実施形態の投射光学系１は、第１曲面ミラー２１の最大有効半径をＨ１、第２曲面ミラー２２の最大有効半径をＨ２としたときに、以下の条件式
０．４＜Ｈ２／Ｈ１＜１．２ （３）
を満たす。

ここで、条件式（３）は、第１曲面ミラー２１の最大有効半径Ｈ１と、第２曲面ミラー２２の最大有効半径Ｈ２との比に関する条件である。この条件式（３）は、拡大側から順に屈折光学部４０、第１曲面ミラー２１、及び第２曲面ミラー２２とつながる鏡筒の枠構成を簡単化するための条件である。条件式（３）の範囲内の第１及び第２曲面ミラー２１，２２の構成とすることにより、第１曲面ミラー２１は、屈折光学部４０で良好に補正された収差を悪化させることなく、第１曲面ミラー２１の強い正のパワーで一旦集光して発散している。さらに、第２曲面ミラー２２の負のパワーによりさらに発散させることにより、歪の少ない画像をスクリーン１０上に作り出している。また、第２曲面ミラー２２が大きくなりすぎず、第２曲面ミラー２２の設置が容易になる。

なお、条件式（３）の上限１．２より値Ｈ２／Ｈ１が大きい場合、第２曲面ミラー２２の最大有効半径Ｈ２が、第１曲面ミラー２１の最大有効半径Ｈ１より大きくなりすぎることとなる。この場合、屈折光学部４０と第１曲面ミラー２１との間に位置する第２曲面ミラー２２の径の方が大きくなるため、枠構成が複雑になり、屈折光学部４０や第１及び第２曲面ミラー２１，２２をそれぞれ別枠とする必要が生じる。複数の枠を用意することになると部品点数も多くなることから低コスト化という点でも不利となる。また、複数の大きさの異なる枠を接合する場合、精度的にも誤差が生じやすくなり好ましくない。

逆に、条件式（３）の下限０．４より値Ｈ２／Ｈ１が小さい場合、第２曲面ミラー２２の最大有効半径Ｈ２が、第１曲面ミラー２１の最大有効半径Ｈ１より小さくなりすぎることとなる。これにより、枠構成の点では屈折光学部４０と第１及び第２曲面ミラー２１，２２との有効径差が小さくなり好ましいが、第２曲面ミラー２２が第１曲面ミラー２１の焦点位置に近くなりすぎるため、要求される設置精度の感度が高くなる。また、本実施形態の場合、屈折光学部４０の一部の第１０レンズＬ１０を第２曲面ミラー２２として共有しており、第２曲面ミラー２２の径を小さくすることは、共有レンズである第１０レンズＬ１０が第１曲面ミラー２１に近づくこととなる。そのため、第１０レンズＬ１０が、屈折光学部４０の１次結像面上に食い込むこととなり、第１０レンズＬ１０のレンズ面の傷やゴミなどが写りこむ原因となるため好ましくない。

次に、本実施形態の投射光学系１は、屈折光学部４０の全長をＴＬ、屈折光学部４０と第１曲面ミラー２１との間の距離をＤＭとしたときに、以下の条件式
０．３＜ＤＭ／ＴＬ＜１．０ （４）
を満たす。

ここで、条件式（４）は、屈折光学部４０の全長ＴＬと、屈折光学部４０から第１曲面ミラー２１までの距離ＤＭ（空気間隔）との比に関する条件であり、第１曲面ミラー２１の大きさと、加工性の確保に関する条件である。条件式（４）の範囲内で屈折光学部４０及び第１曲面ミラー２１を配置することにより、屈折光学部４０と第１曲面ミラー２１との距離を適切にとることによって第１曲面ミラー２１の小型化を達成しており、パワーを制限することによって要求される加工精度を低くしている。

なお、条件式（４）の上限１．０より値ＤＭ／ＴＬが大きい場合、屈折光学部４０の全長ＴＬよりも屈折光学部４０と第１曲面ミラー２１との間の距離ＤＭが長くなりすぎることとなる。この場合、第１曲面ミラー２１の正のパワーをゆるくすることが可能であるが、全系が長い枠構造となると共に、第１曲面ミラー２１の反射光学面２１ａの有効半径が大きくなり小型化という面で好ましくない。

逆に、条件式（４）の下限０．３より値ＤＭ／ＴＬが小さい場合、屈折光学部４０の全長ＴＬよりも屈折光学部４０と第１曲面ミラー２１との間の距離ＤＭが短くなりすぎることとなる。この場合、第１曲面ミラー２１の反射光学面２１ａの有効半径は小さくでき、小型化という点では有利になるが、反射光学面２１ａの正のパワーが増大するため、性能のばらつきを少なくするためには、要求される加工精度が高くなる。また、屈折光学部４０と第１曲面ミラー２１との距離が短くなると、第１曲面ミラー２１で反射される際に各像高に向かう光束の光路が重なってくるため、非点収差を良好に維持したまま、歪曲収差を効率よく補正することが困難となる。

〔２．投射光学系の具体例〕
表１に、投射光学系１の具体例のレンズデータ等を示す。この表１の上欄において、「面番号」は、物面ＯＳ側から順に各レンズの面に付した番号である。また、「Ｒ」は、曲率半径を示し、「Ｄ」は、次の面との間のレンズ厚み或いは空気空間を表している。さらに、「Ｎｄ」は、レンズ材料のｄ線における屈折率を示し、「νｄ」は、レンズ材料のｄ線におけるアッベ数を示す。

本具体例において、レンズＬ１〜Ｌ１０は、基本的に球面で形成されているが、第５レンズＬ５の入出射面（表１の１２面及び１３面）と、第９レンズＬ９の入出射面（表１の２０面及び２１面）とについては上述のように非球面となっている。また、第１曲面ミラー２１の反射光学面（表１の２４面）も上述のように非球面となっている。これらの非球面形状の光軸ＯＡ方向の面頂点からの変位量ｘは、ｃを近軸曲率半径の逆数、ｈを光軸ＯＡからの高さ、ｋを円錐係数、Ａ０４〜Ａ１２を高次非球面係数とするとき、次式

で表される。本具体例の場合、上記非球面式における各係数「ｋ」、「Ａ０４」〜「Ａ１２」の値については、表１の下欄に示した通りである。

表２は、上述の条件式（１）〜（４）の具体例を示す。

図４（Ａ）は、縮小側における非点収差図であり、図４（Ｂ）は、歪曲収差図である。図４（Ａ）、４（Ｂ）に示すように、非点収差量及び歪曲収差量はともに十分小さく平坦な像面をもち、画像の歪みが少ない良好な性能が得られることがわかる。

図５（Ａ）〜５（Ｄ）及び図６（Ａ）〜６（Ｄ）は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍの横収差図である。屈折・反射複合光学系の特徴である倍率色収差が非常に少なくなっていることがわかる。

図７は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍにおけるスポットダイアグラムである。低画角の位置から広画角の位置まで画像を形成する芯の部分は１０μｍ程度に収まっており、フレアーの量も少なく良好な結像性能が得られる。

〔３．投射型画像表示装置の説明〕
図８は、投射型画像表示装置１００の概念図である。投射型画像表示装置のうち像形成光学部６０は、システム光軸ＳＡに沿って、均一化した光源光を出射する光源装置６１と、光源装置６１から出射された照明光を赤・緑・青の３色に分離する分離照明系６３と、分離照明系６３から出射された各色の照明光によって照明される光変調部６５と、光変調部６５を経た各色の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム６７とを備える。

ここで、光源装置６１は、光源光を出射する光源ユニット６１ａと、この光源ユニット６１ａから出射された光源光を均一で所定の偏光方向に揃えられた照明光に変換する均一化光学系６１ｃとを備える。光源ユニット６１ａは、光源ランプ６１ｍやリフレクター６１ｎを有する。また、均一化光学系６１ｃは、光源光を部分光束に分割するための第１レンズアレイ６１ｄと、分割後の部分光束の広がりを調節する第２レンズアレイ６１ｅと、各部分光束の偏光方向を揃える偏光変換装置６１ｇと、各部分光束を対象とする照明領域に重畳して入射させる重畳レンズ６１ｉとを備えている。

分離照明系６３は、第１及び第２ダイクロイックミラー６３ａ，６３ｂと、光路折曲用のミラー６３ｍ，６３ｎ，６３ｏとを備え、システム光軸ＳＡを３つの光路ＯＰ１〜ＯＰ３に分岐することによって、照明光を青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、及び赤色光ＬＲの３つの光束に分離する。なお、リレーレンズＬＬ１，ＬＬ２は、入射側の第１のリレーレンズＬＬ１の直前に形成された像を、ほぼそのまま出射側のフィールドレンズ６３ｈに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。

光変調部６５は、３色の照明光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃを備え、フィールドレンズ６３ｆ，６３ｇ，６３ｈを経て各液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃに入射した各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲを、駆動信号に応じて画素単位で強度変調する。なお、各液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃは、液晶パネルを一対の偏光板で挟んだ構造を有する画像形成素子である。また、各液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃを構成する液晶パネルは、図１等に示す物面ＯＳに対応するものとなっている。

クロスダイクロイックプリズム６７は、交差するダイクロイック膜６７ａ，６７ｂを備えており、各液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃからの変調光を合成した像光を出射する。

投射光学系１は、図１に示す構成を有しており、クロスダイクロイックプリズム６７で合成された像光を、カラー画像として適当な拡大率でかつ比較的少ない歪みでスクリーン１０の投射面１０ａ上に投射する。図８及び図９に示すように、屈折光学部４０、第１曲面ミラー２１，２２は同軸で一体の鏡筒すなわち枠１ａに収められている。

以上説明した投射型画像表示装置１００は、投射光学系１が上記構成を有することにより、例えば半画角６０度以上の非常に広い画角を有しつつ、屈折光学部のみで構成された投射光学系と比較して投射光学系１を構成するレンズの枚数を少なくすることができる。また、第１及び第２曲面ミラー２１，２２の反射光学面２１ａ，２２ａを含む最大外形を小さくすることができる。これにより、通常の屈折光学部のような同軸の枠１ａ内に組み込まれるような構成とすることができる。そのため、投射光学系１の組み立て精度を向上させることができる。さらに、屈折光学部４０内で収差を抑えつつある程度の画角をカバーすることができる。そのため、屈折光学部４０のレンズ構成等を簡単にすることができ、コンパクトでかつ低コスト化が可能な投射光学系１延いては投射型画像表示装置１００とするこができる。

〔第２実施形態〕
図１０及び図１１は、本発明の第２実施形態に係る投射型画像表示装置の要部を示す側面図である。ここで、図１０は、投射型画像表示装置の要部の構成を示し、図１１は、図１０の光学系における光線の状態を示す。本実施形態の投射型画像表示装置１００は、図１等に示す第１実施形態の投射型画像表示装置１００を変形したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態の投射型画像表示装置１００と同一の構造を有する。

〔１．投射光学系の説明〕
図１０等に示すように、投射光学系１は、屈折光学部１４０と、出射光学部１２０とを備える。投射光学系１のうち屈折光学部１４０は、第１実施形態と同様に第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、絞り４５とを備える。出射光学部１２０は、屈折光学部１４０の射出側に配置されており、第１反射光学部である第１曲面ミラー２１と、第２反射光学部である第２曲面ミラー１２２とを備える。

以下、屈折光学部１４０の具体的なレンズ構成等について説明する。
屈折光学部１４０のうち、第１レンズ群Ｇ１は、図１０等に示すように、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５と、第６レンズＬ６とで構成される。第２レンズ群Ｇ２は、第７レンズＬ７と、第８レンズＬ８と、第９レンズＬ９と、第１０レンズＬ１０とで構成される。

第１レンズ群Ｇ１のレンズＬ１〜Ｌ６は、縮小側から拡大側に向かって、第１レンズＬ１から第６レンズＬ６まで順に配置されている。第２レンズ群Ｇ２のレンズＬ７〜Ｌ１０も、縮小側から拡大側に向かって、第７レンズＬ７から第１０レンズＬ１０まで順に配置されている。絞り４５は、第１レンズ群Ｇ１の第５レンズＬ５と第６レンズＬ６との間に設けられている。

屈折光学部１４０の構成レンズのうち、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は両凸レンズである。このうち、第１レンズＬ１の入射面は非球面である。また、第３レンズＬ３は、入射側が凸で出射側が凹のメニスカスレンズである。また、第４レンズＬ４は、両凹レンズである。また、第５レンズＬ５は、非球面の両凸レンズである。また、第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７は、入射側が凸で出射側が凹のメニスカスレンズである。また、第８レンズＬ８及び第９レンズＬ９は、両凹レンズである。このうち、第９レンズＬ９は、非球面レンズである。また、第１０レンズＬ１０は、入射側が平面で出射側が凸の平凸レンズである。このようなレンズＬ１〜Ｌ１０の構成により、第１レンズ群Ｇ１は、正のパワーを有し、第２レンズ群Ｇ２は、負のパワーを有する。各レンズＬ１〜Ｌ１０の配置は、図１０等に示すように、出射光学部１２０の形状、配置等との関係でスクリーン１０（図２参照）に最適な拡大投射ができるように調整されている。

以下、出射光学部１２０の具体的な構成等について説明する。
図１０に示すように、第１及び第２曲面ミラー２１，１２２は、光軸ＯＡを中心として同軸上に配置される。第１曲面ミラー２１は、光軸ＯＡを軸とする回転対称面であって、正のパワーを有する凹の非球面である反射光学面２１ａを有する。第２曲面ミラー１２２は、光軸ＯＡを軸とする回転対称面であって、光軸ＯＡの上半分側（光軸ＯＡを通るＸＺ面より＋Ｙ方向側）に負のパワーを有する凸の球面である反射光学面１２２ａ（図１０等の太線部分）を有する。第２曲面ミラー１２２は、上述の屈折光学部４０の最も拡大側の第１０レンズＬ１０の一部と一体となっている。第２曲面ミラー２２の反射光学面１２２ａは、第１０レンズＬ１０の縮小側の面と共通の面であり、表面ミラーとして構成されている。つまり、第１０レンズＬ１０の光軸ＯＡより下半分側（光軸ＯＡを通るＸＺ面より−Ｙ方向側）は屈折光学部４０を構成するレンズとして作用し、第１０レンズＬ１０の光軸ＯＡの上半分側は出射光学部１２０を構成する凸面ミラーとして作用する。なお、第２曲面ミラー１２２は、第１０レンズＬ１０の拡大側の面にアルミ等の反射材料をコートすることにより形成される。

第１及び第２曲面ミラー２１，１２２は、略同一の有効半径を有し、図８及び図９に示すように、同軸の一体の枠１ａに収められている。

〔２．投射光学系の具体例〕
表３に、投射光学系１の具体例のレンズデータ等を示す。

本具体例において、レンズＬ１〜Ｌ１０は、基本的に球面で形成されているが、第１レンズＬ１の入射面（表３の３面）と、第５レンズＬ５の入出射面（表３の１１面及び１２面）と、第９レンズＬ９の入出射面（表３の２０面及び２１面）とについては上述のように非球面となっている。また、第１曲面ミラー２１の反射光学面（表３の２４面）も上述のように非球面となっている。本具体例の場合、第１実施形態で説明した非球面式（数１参照）における各係数「ｋ」、「Ａ０４」〜「Ａ１２」の値については、表３の下欄に示した通りである。

表４は、上述の条件式（１）〜（４）の具体例を示す。

図１２（Ａ）は、縮小側における非点収差図であり、図１２（Ｂ）は、歪曲収差図である。図１２（Ａ）、１２（Ｂ）に示すように、非点収差量及び歪曲収差量はともに十分小さく平坦な像面をもち、画像の歪みが少ない良好な性能が得られることがわかる。

図１３（Ａ）〜１３（Ｄ）及び図１４（Ａ）〜１４（Ｄ）は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍの横収差図である。屈折・反射複合光学系の特徴である倍率色収差が非常に少なくなっていることがわかる。

図１５は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍにおけるスポットダイアグラムである。低画角の位置から広画角の位置まで画像を形成する芯の部分は１０μｍ程度に収まっており、フレアーの量も少なく良好な結像性能が得られる。

〔第３実施形態〕
図１６及び図１７は、本発明の第２実施形態に係る投射型画像表示装置の要部を示す側面図である。ここで、図１６は、投射型画像表示装置の要部の構成を示し、図１７は、図１６の光学系における光線の状態を示す。本実施形態の投射型画像表示装置１００は、図１等に示す第１実施形態の投射型画像表示装置１００を変形したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態の投射型画像表示装置１００と同一の構造を有する。

〔１．投射光学系の説明〕
図１６等に示すように、投射光学系１は、屈折光学部２４０と、出射光学部２２０とを備える。投射光学系１のうち屈折光学部２４０は、第１実施形態と同様に第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、絞り４５とを備える。出射光学部２２０は、屈折光学部２４０の射出側に配置されており、第１反射光学部である第１曲面ミラー２１と、第２反射光学部である第２曲面ミラー２２２とを備える。

以下、屈折光学部２４０の具体的なレンズ構成等について説明する。
屈折光学部２４０のうち、第１レンズ群Ｇ１は、図１６等に示すように、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４とで構成される。第２レンズ群Ｇ２は、第５レンズＬ５と、第６レンズＬ６と、第７レンズＬ７とで構成される。

第１レンズ群Ｇ１のレンズＬ１〜Ｌ４は、縮小側から拡大側に向かって、第１レンズＬ１から第４レンズＬ４まで順に配置されている。第２レンズ群Ｇ２のレンズＬ５〜Ｌ７も、縮小側から拡大側に向かって、第５レンズＬ５から第７レンズＬ７まで順に配置されている。絞り４５は、第１レンズ群Ｇ１の第４レンズＬ４と第２レンズ群Ｇ２の第５レンズＬ５との間に設けられている。

屈折光学部２４０の構成レンズのうち、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は両凸レンズである。このうち、第１レンズＬ１の出射側の面には、薄い樹脂層Ｓａが施されており、複合非球面となっている。また、第３レンズＬ３は、３枚の正負レンズを組み合わせた入射側が凸で出射側が凹の接合レンズである。また、第４レンズＬ４は、入射側が凹で出射側が凸のメニスカスレンズである。また、第５レンズＬ５は、入射側が凸で出射側が平面の平凸レンズである。また、第６レンズＬ６は、入射側が凹で出射側が凸のメニスカスレンズである。また、第７レンズＬ７は、非球面の両凹レンズである。このようなレンズＬ１〜Ｌ７の構成により、第１レンズ群Ｇ１は、正のパワーを有し、第２レンズ群Ｇ２は、負のパワーを有する。各レンズＬ１〜Ｌ７の配置は、図１６等に示すように、出射光学部２２０の形状、配置等との関係でスクリーン１０（図２参照）に最適な拡大投射ができるように調整されている。

以下、出射光学部２２０の具体的な構成等について説明する。
図１６に示すように、第１及び第２曲面ミラー２１，２２２は、光軸ＯＡを中心として同軸上に配置される。第１曲面ミラー２１は、光軸ＯＡを軸とする回転対称面であって、正のパワーを有する凹の非球面である反射光学面２１ａを有する。第２曲面ミラー２２２は、光軸ＯＡを軸とする回転対称面であって、光軸ＯＡの上半分側（光軸ＯＡを通るＸＺ面より＋Ｙ方向側）に負のパワーを有する凸の球面である反射光学面２２２ａ（図１６等の太線部分）を有する。すなわち、第２曲面ミラー２２２は、下半分をカットされた球面の表面ミラーで構成されている。この第２曲面ミラー２２２の下半分はカットされているため、屈折光学部４０から第１曲面ミラー２１への光路は、第２曲面ミラー２２２の下部分を通過することとなる。

第１及び第２曲面ミラー２１，２２２は、略同一の有効半径を有し、図８及び図９に示すように、同軸の一体の枠１ａに収められている。

〔２．投射光学系の具体例〕
表５に、投射光学系１の具体例のレンズデータ等を示す。

本具体例において、レンズＬ１〜Ｌ７は、基本的に球面で形成されているが、第１レンズＬ１の出射面（表５の５面）と、第７レンズＬ７の入出射面（表５の１８面及び１９面）とについては上述のように非球面となっている。また、第１曲面ミラー２１の反射光学面（表５の２０面）も上述のように非球面となっている。本具体例の場合、第１実施形態で説明した非球面式（数１参照）における各係数「ｋ」、「Ａ０４」〜「Ａ１２」の値については、表５の下欄に示した通りである。

表６は、上述の条件式（１）〜（４）の具体例を示す。

図１８（Ａ）は、縮小側における非点収差図であり、図１８（Ｂ）は、歪曲収差図である。図１８（Ａ）、１８（Ｂ）に示すように、非点収差量及び歪曲収差量はともに十分小さく平坦な像面をもち、画像の歪みが少ない良好な性能が得られることがわかる。

図１９（Ａ）〜１９（Ｄ）及び図２０（Ａ）〜２０（Ｄ）は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍの横収差図である。屈折・反射複合光学系の特徴である倍率色収差が非常に少なくなっていることがわかる。

図２１は、縮小側における各画角の波長６１０ｎｍ、５５０ｎｍ、４６０ｎｍにおけるスポットダイアグラムである。低画角の位置から広画角の位置まで画像を形成する芯の部分は１０μｍ程度に収まっており、フレアーの量も少なく良好な結像性能が得られる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

すなわち、上記実施形態において、像形成光学部６０において画像形成素子として液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃを用いているが、画素がマイクロミラーによって構成されたデバイスのような光変調装置やフィルムやスライドのような画像形成手段を用いることも可能である。

上記実施形態において、投射型画像表示装置１００をスクリーン１０の下方に配置しているが、投射型画像表示装置１００を上下反転させてスクリーン１０の上方に配置することもできる。

また、上記実施形態において、投射光学系１内に、平面の光路折曲げ用のミラーを配置することもできる。これにより、投射光学系１の収納空間の自由度を増すことができる。

１…投射光学系、 １０…スクリーン、 ２０，１２０，２２０…出射光学部、 ２１…第１曲面ミラー、２２，１２２，２２２…第２曲面ミラー、 ４０，１４０，２４０…屈折光学部、 ６０…像形成光学部、 ６７…クロスダイクロイックプリズム、 １００…投射型画像表示装置、 ＯＡ…光軸、 ＯＳ…物面。

以下、出射光学部１２０の具体的な構成等について説明する。
図１０に示すように、第１及び第２曲面ミラー２１，１２２は、光軸ＯＡを中心として同軸上に配置される。第１曲面ミラー２１は、光軸ＯＡを軸とする回転対称面であって、正のパワーを有する凹の非球面である反射光学面２１ａを有する。第２曲面ミラー１２２は、光軸ＯＡを軸とする回転対称面であって、光軸ＯＡの上半分側（光軸ＯＡを通るＸＺ面より＋Ｙ方向側）に負のパワーを有する凸の球面である反射光学面１２２ａ（図１０等の太線部分）を有する。第２曲面ミラー１２２は、上述の屈折光学部４０の最も拡大側の第１０レンズＬ１０の一部と一体となっている。第２曲面ミラー２２の反射光学面１２２ａは、第１０レンズＬ１０の拡大側の面と共通の面であり、表面ミラーとして構成されている。つまり、第１０レンズＬ１０の光軸ＯＡより下半分側（光軸ＯＡを通るＸＺ面より−Ｙ方向側）は屈折光学部４０を構成するレンズとして作用し、第１０レンズＬ１０の光軸ＯＡの上半分側は出射光学部１２０を構成する凸面ミラーとして作用する。なお、第２曲面ミラー１２２は、第１０レンズＬ１０の拡大側の面にアルミ等の反射材料をコートすることにより形成される。

Claims (9)

1. 縮小側から順に複数のレンズで構成され正のパワーを有する屈折光学部と、凹面形状の反射光学面を有する第１反射光学部と、凸面形状の反射光学面を有する第２反射光学部とを備える投射光学系であって、
   前記屈折光学部、前記第１反射光学部、及び前記第２反射光学部を合わせた全系の焦点距離をＦ、前記屈折光学部の焦点距離をＦＬとしたときに、以下の条件式
   ０．２＜Ｆ／ＦＬ＜０．５ （１）
   を満たす、投射光学系。
2. 前記屈折光学部は、前記屈折光学部において最も広い間隔を挟んで縮小側から順に正のパワーを有する第１レンズ群と、負のパワーを有する第２レンズ群とで構成され、第１レンズ群の焦点距離をＦ１、第２レンズ群の焦点距離をＦ２としたときに、以下の条件式
   ０．０＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜０．８ （２）
   を満たす、請求項１に記載の投射光学系。
3. 前記第２反射光学部の前記凸面形状の反射光学面は、球面である、請求項１に記載の投射光学系。
4. 前記第２反射光学部の前記凸面形状の反射光学面は、前記屈折光学部を構成する一部のレンズと面を共有する、請求項１に記載の投射光学系。
5. 前記第１反射光学部の最大有効半径をＨ１、前記第２反射光学部の最大有効半径をＨ２としたときに、以下の条件式
   ０．４＜Ｈ２／Ｈ１＜１．２ （３）
   を満たす、請求項１に記載の投射光学系。
6. 少なくとも前記第１反射光学部と前記第２反射光学部とは、同軸の枠内に組み込まれる、請求項１に記載の投射光学系。
7. 前記屈折光学部の全長をＴＬ、前記屈折光学部と前記第１反射光学部との間の距離をＤＭとしたときに、以下の条件式
   ０．３＜ＤＭ／ＴＬ＜１．０ （４）
   を満たす、請求項１に記載の投射光学系。
8. 前記屈折光学部の縮小側は略テレセントリックになるように構成されている、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の投射光学系。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の投射光学系と、前記屈折光学部の光路前段に設けられた像形成光学部とを備える投射型画像表示装置。

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