(57)【要約】【課題】  少ないレンズ枚数で、軸上色収差、倍率色収差共に良好に補正した例えば液晶プロジェクターに好適な投射レンズを提供すること。【解決手段】  少なくとも１つのプリズムと、少なくとも１つの正レンズとを備える投射光学系であって、前記少なくとも１つのプリズムで発生する色収差を、少なくとも１つの正レンズを用いて適切に補正することができるように、プリズムの分散や正レンズの分散を適切に設定した投射レンズ。【選択図】  図１
2006308890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光学素子と、少なくとも１つの正レンズとを備える投射光学系であって、
前記少なくとも１つの光学素子のうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｉ番目の光学素子の材料の、Ｆ線、Ｃ線の光に対する屈折率を（Ｎｆ）ｉ、（Ｎｃ）ｉ、前記ｉ番目の光学素子の光軸上の肉厚をＤｉ（ここで、該i番目の光学素子内を通過する光束が収束している場合には正、発散している場合には負とする）、前記投射光学系の焦点距離をｆ、前記少なくとも１つの正レンズのうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｐ番目の正レンズの焦点距離をｆｐ、前記ｐ番目の正レンズの硝材のｄ線の光に対するアッベ数をνｐ、前記ｐ番目の正レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率を（Ｎｇ）ｐ、（Ｎｆ）ｐ、（Ｎｃ）ｐとし、さらに、θｐ＝｛（Ｎｇ）ｐ−（Ｎｆ）ｐ｝／｛（Ｎｆ）ｐ−（Ｎｃ）ｐ｝、θｐ，ａｖ＝Σ（θｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）、νｐ，ａｖ＝Σ（νｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）とするとき、
０．０２＜Σ｛（Ｎｆ）ｉ−（Ｎｃ）ｉ｝×Ｄｉ／ｆ＜０．１５
θｐ，ａｖ−（０．６４８−０．００１６８２×νｐ，ａｖ）＞０
θｐ，ａｖ−（０．５８９−０．０００５８４×νｐ，ａｖ）＜０
を満足することを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１記載の投射光学系。
０．０２５＜Σ｛（Ｎｆ）ｉ−（Ｎｃ）ｉ｝×Ｄｉ／ｆ＜０．１００
【請求項３】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の投射光学系。
θｐ，ａｖ−（０．６５５−０．００１６８２×νｐ，ａｖ）＞０
【請求項４】
前記少なくとも１つの実質的に光学的パワーを持たない光学素子のうち１つの光学素子のｆ線に対する屈折率をＮｆ、Ｃ線に対する屈折率をＮｃとするとき、
（Ｎｆ−Ｎｃ）＞０．０１
を満足することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の投射光学系。
【請求項５】
拡大共役側から順に、負正正負正正のパワーを持つ６つのレンズ群を有し、前記６つのレンズ群のうち複数のレンズ群を駆動することにより変倍機能を有しており、
前記少なくとも１つの正レンズが前記６つのレンズ群の中に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の投射光学系。
【請求項６】
前記正のパワーを持つレンズ群が、以下の条件を満足する異常分散正レンズを含むことを特徴とする請求項５に記載の投射光学系。
θｐ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｐ）＞０．０１８
【請求項７】
前記異常分散正レンズの片面、または両面に、以下の条件を満足する負レンズが接合されていることを特徴とする請求項６記載の投射光学系。
νａｂ＜５０
ここで、νａｂは、前記異常分散正レンズに接合された負レンズのｄ線におけるアッベ数とする。
【請求項８】
最も前記拡大共役側に配置されたレンズが非球面レンズであることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の投射光学系。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光学素子が実質的に光学的パワーを持たないことを特徴とする請求項１記載の投射光学系。
【請求項１０】
少なくとも１つのプリズムと、少なくとも１つの正レンズとを備える投射光学系であって、
前記少なくとも１つのプリズムのうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｉ番目のプリズムの材料の、Ｆ線、Ｃ線の光に対する屈折率を（Ｎｆ）ｉ、（Ｎｃ）ｉ、前記ｉ番目のプリズムの光軸上の肉厚をＤｉ（ここで、該i番目のプリズム内を通過する光束が収束している場合には正、発散している場合には負とする）、前記投射光学系の焦点距離をｆ、前記少なくとも１つの正レンズのうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｐ番目の正レンズの焦点距離をｆｐ、前記ｐ番目の正レンズの硝材のｄ線の光に対するアッベ数をνｐ、前記ｐ番目の正レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率を（Ｎｇ）ｐ、（Ｎｆ）ｐ、（Ｎｃ）ｐとし、さらに、θｐ＝｛（Ｎｇ）ｐ−（Ｎｆ）ｐ｝／｛（Ｎｆ）ｐ−（Ｎｃ）ｐ｝、θｐ，ａｖ＝Σ（θｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）、νｐ，ａｖ＝Σ（νｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）とするとき、
０．０２＜Σ｛（Ｎｆ）ｉ−（Ｎｃ）ｉ｝×Ｄｉ／ｆ＜０．１５
θｐ，ａｖ−（０．６４８−０．００１６８２×νｐ，ａｖ）＞０
θｐ，ａｖ−（０．５８９−０．０００５８４×νｐ，ａｖ）＜０
を満足することを特徴とする投射光学系。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのプリズムが、光学的パワーを持つ面を有することを特徴とする請求項１０記載の投射光学系。
【請求項１２】
少なくとも一つの画像表示素子と、前記少なくとも一つの画像表示素子からの光を投射する、請求項１乃至１１いずれかに記載の投射光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの画像表示素子が３つの反射型液晶表示素子を含んでおり、
前記投射光学系が、偏光ビームスプリッターを含み、該３つの反射型液晶表示素子からの画像光を合成する色合成光学系と、前記色合成光学系からの画像光を投射する投射レンズとを備えていることを特徴とする請求項１２記載の画像投射装置。
【請求項１４】
複数の画像表示素子と、
光源からの光を用いて前記複数の画像表示素子を複数の色光で照明する照明光学系と、
前記複数の画像表示素子から出射する複数の色光を色合成する色合成光学系と、
該色合成光学系で合成した光を被投射面に投射する投射光学系とを有する画像投射装置であって、
前記色合成光学系が少なくとも１つのプリズムを有しており、
前記投射光学系が少なくとも１つの正レンズとを備えており、
前記少なくとも１つのプリズムのうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｉ番目のプリズムの材料の、Ｆ線、Ｃ線の光に対する屈折率を（Ｎｆ）ｉ、（Ｎｃ）ｉ、前記ｉ番目のプリズムの光軸上の肉厚をＤｉ（ここで、該i番目のプリズム内を通過する光束が収束している場合には正、発散している場合には負とする）、前記投射光学系の焦点距離をｆ、前記少なくとも１つの正レンズのうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｐ番目の正レンズの焦点距離をｆｐ、前記ｐ番目の正レンズの硝材のｄ線の光に対するアッベ数をνｐ、前記ｐ番目の正レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率を（Ｎｇ）ｐ、（Ｎｆ）ｐ、（Ｎｃ）ｐとし、さらに、θｐ＝｛（Ｎｇ）ｐ−（Ｎｆ）ｐ｝／｛（Ｎｆ）ｐ−（Ｎｃ）ｐ｝、θｐ，ａｖ＝Σ（θｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）、νｐ，ａｖ＝Σ（νｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）とするとき、
０．０２＜Σ｛（Ｎｆ）ｉ−（Ｎｃ）ｉ｝×Ｄｉ／ｆ＜０．１５
θｐ，ａｖ−（０．６４８−０．００１６８２×νｐ，ａｖ）＞０
θｐ，ａｖ−（０．５８９−０．０００５８４×νｐ，ａｖ）＜０
を満足することを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射光学系、具体的には液晶表示素子等の光変調素子により形成した画像をスクリーン等の被投射面に拡大投射する投射光学系、あるいはそれを用いた画像投射装置に有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶表示素子等の光変調素子を用いて画像を形成し、その画像をスクリーン面等の被投射面に投射する液晶プロジェクターが種々提案されている。
【０００３】
特に液晶プロジェクターはパソコン等の画像を大画面に投射して見ることができる装置として会議及びプレゼンテーション等に広く利用されるようになってきている。
【０００４】
この液晶プロジェクターには３板方式と単板方式（時分割光変調方式）とがある。３板方式とは、赤、緑、青の各色光に対応した複数の液晶表示素子を用い、各色光を色合成した後に、１本の投射レンズを介してスクリーン上に画像を投射するものであり、単板方式とは、一つの液晶表示素子を用い、赤、緑、青３色の光変調を時分割で制御し、前述の液晶表示素子から放射される光の色変化と同期して各色に対応する光学像をスクリーン上に形成するものである。
【０００５】
このような液晶プロジェクターにおいて、液晶表示素子により形成した画像をスクリーンに投射するとき、文字等の画像が二重に見えたりすると解像感及び品位が損なわれるので、これを防止するため各色の画素を画面の全範囲にて良好に重ね合わせることが必要となる。そのため、投射レンズにて発生する色ずれ（倍率色収差）を可視光全域にて良好に補正することが必要となる。
【０００６】
近年では、より高精細な画像が望まれていることから、それに応じて色収差への要望が厳しくなっており、異常分散性を有する硝材等を使用して色収差補正を行っている。例えば、特許文献１や特許文献２等では、異常分散性を有する硝材を多く使用し、良好に色収差特性を補正している。
【特許文献１】特開２００１−２１５４１１号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、液晶プロジェクターに用いる投射レンズに対しては、小型で軽量なレンズ系が要望されており、その点において特許文献１、２に記載のものは不十分であった。そこで、本発明では、従来より小型で軽量なレンズ系であって、倍率色収差を良好に低減した投射レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の投射光学系は、少なくとも１つの光学素子と、少なくとも１つの正レンズとを備える投射光学系であって、前記少なくとも１つの光学素子のうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｉ番目の光学素子の材料の、Ｆ線、Ｃ線の光に対する屈折率を（Ｎｆ）ｉ、（Ｎｃ）ｉ、前記ｉ番目の光学素子の光軸上の肉厚をＤｉ（ここで、該i番目の光学素子内を通過する光束が収束している場合には正、発散している場合には負とする）、前記投射光学系の焦点距離をｆ、前記少なくとも１つの正レンズのうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｐ番目の正レンズの焦点距離をｆｐ、前記ｐ番目の正レンズの硝材のｄ線の光に対するアッベ数をνｐ、前記ｐ番目の正レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率を（Ｎｇ）ｐ、（Ｎｆ）ｐ、（Ｎｃ）ｐとし、さらに、θｐ＝｛（Ｎｇ）ｐ−（Ｎｆ）ｐ｝／｛（Ｎｆ）ｐ−（Ｎｃ）ｐ｝、θｐ，ａｖ＝Σ（θｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）、νｐ，ａｖ＝Σ（νｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）とするとき、
０．０２＜Σ｛（Ｎｆ）ｉ−（Ｎｃ）ｉ｝×Ｄｉ／ｆ＜０．１５
θｐ，ａｖ−（０．６４８−０．００１６８２×νｐ，ａｖ）＞０
θｐ，ａｖ−（０．５８９−０．０００５８４×νｐ，ａｖ）＜０
を満足することを特徴としている。ここで、前記少なくとも１つの光学素子が実質的に光学的パワーを持たないことが望ましい。
【０００９】
本発明の別側面の投射光学系は、少なくとも１つのプリズムと、少なくとも１つの正レンズとを備える投射光学系であって、前記少なくとも１つのプリズムのうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｉ番目のプリズムの材料の、Ｆ線、Ｃ線の光に対する屈折率を（Ｎｆ）ｉ、（Ｎｃ）ｉ、前記ｉ番目のプリズムの光軸上の肉厚をＤｉ（ここで、該i番目のプリズム内を通過する光束が収束している場合には正、発散している場合には負とする）、前記投射光学系の焦点距離をｆ、前記少なくとも１つの正レンズのうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｐ番目の正レンズの焦点距離をｆｐ、前記ｐ番目の正レンズの硝材のｄ線の光に対するアッベ数をνｐ、前記ｐ番目の正レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率を（Ｎｇ）ｐ、（Ｎｆ）ｐ、（Ｎｃ）ｐとし、さらに、θｐ＝｛（Ｎｇ）ｐ−（Ｎｆ）ｐ｝／｛（Ｎｆ）ｐ−（Ｎｃ）ｐ｝、θｐ，ａｖ＝Σ（θｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）、νｐ，ａｖ＝Σ（νｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）とするとき、
０．０２＜Σ｛（Ｎｆ）ｉ−（Ｎｃ）ｉ｝×Ｄｉ／ｆ＜０．１５
θｐ，ａｖ−（０．６４８−０．００１６８２×νｐ，ａｖ）＞０
θｐ，ａｖ−（０．５８９−０．０００５８４×νｐ，ａｖ）＜０
を満足することを特徴としている。ここで、前記少なくとも１つのプリズムが、光学的パワーを持つ面を有することが望ましい。
【００１０】
本発明の画像投射装置は、少なくとも一つの画像表示素子と、前記少なくとも一つの画像表示素子からの光を投射する、前述のいずれかの投射光学系とを有することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の別側面の画像投射装置は、複数の画像表示素子と、光源からの光を用いて前記複数の画像表示素子を複数の色光で照明する照明光学系と、前記複数の画像表示素子から出射する複数の色光を色合成する色合成光学系と、該色合成光学系で合成した光を被投射面に投射する投射光学系とを有する画像投射装置であって、前記色合成光学系が少なくとも１つのプリズムを有しており、前記投射光学系が少なくとも１つの正レンズとを備えており、前記少なくとも１つのプリズムのうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｉ番目のプリズムの材料の、Ｆ線、Ｃ線の光に対する屈折率を（Ｎｆ）ｉ、（Ｎｃ）ｉ、前記ｉ番目のプリズムの光軸上の肉厚をＤｉ（ここで、該i番目のプリズム内を通過する光束が収束している場合には正、発散している場合には負とする）、前記投射光学系の焦点距離をｆ、前記少なくとも１つの正レンズのうち、前記投射光学系の拡大共役側から数えてｐ番目の正レンズの焦点距離をｆｐ、前記ｐ番目の正レンズの硝材のｄ線の光に対するアッベ数をνｐ、前記ｐ番目の正レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率を（Ｎｇ）ｐ、（Ｎｆ）ｐ、（Ｎｃ）ｐとし、さらに、θｐ＝｛（Ｎｇ）ｐ−（Ｎｆ）ｐ｝／｛（Ｎｆ）ｐ−（Ｎｃ）ｐ｝、θｐ，ａｖ＝Σ（θｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）、νｐ，ａｖ＝Σ（νｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）とするとき、
０．０２＜Σ｛（Ｎｆ）ｉ−（Ｎｃ）ｉ｝×Ｄｉ／ｆ＜０．１５
θｐ，ａｖ−（０．６４８−０．００１６８２×νｐ，ａｖ）＞０
θｐ，ａｖ−（０．５８９−０．０００５８４×νｐ，ａｖ）＜０
を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、投射光学系全体の小型化を図りつつ、可視光領域において色収差を低減した投射光学系及びそれを用いた画像投射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施例の投射光学系（投射レンズＰＬと硝子ブロックＧＢを含む）は、反射型液晶表示素子等の画像表示素子ＬＣＤと、スクリーン面等の被投射面とを実質的に共役な関係にする光学系であり、画像表示素子で形成された画像を被投射面に拡大投射している。ここで、被投射面は距離の長い方の共役点（第１共役点、拡大側共役点）、画像表示装置ＬＣＤは距離の短い方の共役点（第２共役点、縮小側共役点）に配置されている。
【００１４】
このような投射光学系、及びそれを用いた画像投射装置に関する実施例１〜３について、以下に示す図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図１、２、３は以下に示す数値実施例１（実施形態１）に対応する図面である。図１は、数値実施例１の投射レンズ（広角レンズ）ＰＬを用いた画像投射装置（液晶プロジェクター）の要部概略図である。図２は、数値実施例１（数値実施例１中の単位はｍｍ）に記載した投射レンズの、物体距離６６０ｍｍの時の収差図であり、図３には、その時の軸上色収差図を示す。
【００１６】
図４、５、６、は以下に示す数値実施例２（実施形態２）に対応する図面である。図４は、数値実施例２の投射レンズＰＬを用いた画像投射装置（液晶プロジェクター）の要部概略図である。図５は、数値実施例２（数値実施例２中の単位はｍｍ）に記載した投射レンズの、物体距離６６０ｍｍの時の収差図であり、図６には、その時の軸上色収差図を示す。
【００１７】
図７、８、９、１０は以下に示す数値実施例３（実施形態３）に対応する図面である。図７は、数値実施例３の投射レンズ（ズームレンズ）ＰＬを用いた画像投射装置（液晶プロジェクター）の要部概略図である。図８、９は、数値実施例１（数値実施例１中の単位はｍｍ）に記載した投射レンズの、物体距離２１００ｍｍの時の広角端（図８）及び望遠端（図９）における収差図であり、図１０には、その時の軸上色収差図を示す。
【００１８】
そして、表４は、各数値実施例１、２、３の、各条件式の値を記載したものである。また、ここで、表１、２、３に記載した数値はすべてｍｍとする。
【００１９】
ここで、各数値実施例において、面番号ｉは拡大側からの各面の順序を示し、（ｒ）ｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、（ｄ）ｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との面間隔、（Ｎｄ）ｉと（νｄ）ｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目と第ｉ＋１番目の面との光学部材の屈折率とアッベ数を示す。（ｆ）ｉは、ｉ番目の光学部材における焦点距離を示し、（θｇＦ）ｉはｉ番目の光学部材における、異常分散値を示す。ただし、ｇ線、Ｆ線、Ｃ線におけるそれぞれの屈折率をＮｇ、Ｎｆ、Ｎｃとした時、θｇＦ＝（Ｎｇ−Ｎｆ）／（Ｎｆ−Ｎｃ）とする。また、ｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバーある。
【００２０】
また、各数値実施例の図１、４、７に示した画像投射装置の図は、液晶表示装置ＬＣＤから、硝子ブロックＧＢを経た光束を、投射レンズＰＬを用いてスクリーン面等の被投射面に拡大投射している状態を示している。この図１、４、７では、光源、光源からの光で液晶表示素子を照明する照明光学系が省略されているが、白色光を発する光源と、その光源から発する光を赤、緑、青色光に分解する色分解光学系と、光源からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子アレイと、液晶表示素子上での照度を均一にするインテグレータ等を有していることが望ましい。ここで、白色光と色分解光学系は、赤、緑、青色光を発する３つの光源と置き換えても構わないし、また、インテグレータは微小光学素子が２次元的に配列された所謂フライアイレンズを複数用いて構成しても構わないし、またシリンドリカルレンズアレイを複数用いて構成しても構わない。さらに、以下の実施例において、液晶表示素子は、反射型液晶表示素子であることが望ましいが、透過型液晶表示素子でも構わないし、またマイクロミラーアレイ（微小なミラーを２次元的、或いは１次元的に配列したもの）であっても構わない。
【００２１】
また、実施形態１、２、３における画像投射装置において、投射レンズＰＬと、各液晶表示素子から出射した各色の画像光を合成する合成光学系（複数のキューブ型プリズムを有していることが望ましい）としての機能を果たす硝子ブロックＧＢとを合わせたもの、すなわち液晶表示素子からの画像光をスクリーン等の被投射面（被投射面は液晶表示素子と実質的に共役な位置に配置されている）に投射する光学系のことを投射光学系と称することとする。ここで、硝子ブロックＧＢは、色合成系（色合成用プリズムとして使われる偏光分離膜を有するプリズムや、ダイクロイックプリズム等）以外に、偏光板や、波長選択性波長板（赤、緑、青のうち一部の色光の偏光方向を９０度変化させ、残りの色光の偏光方向を変化させないような波長板）を含むように構成しても構わない。また、この硝子ブロックＧＢは、実質的に光学的パワーを持たない（全系の焦点距離の１００倍以上、より好ましくは１０００倍以上の焦点距離を有することが望ましい）複数の光学素子を含んでいても構わないし、実質的に光学的パワーを持たない１つの光学素子により構成されていても構わない。
【００２２】
また、ＳＰは、前記正のパワーを持つレンズ群の絞りである。また、以下に示す各実施形態ではスクリーンＳ上での照度分布を均一にするために、各レンズ面に多層コート（反射防止機能を有する膜）を施している。
【００２３】
また、以下に示す各実施形態では、負の屈折力のレンズが先行するネガティブリード型を採用することにより、広画角化および長いバックフォーカスを確保している。
【００２４】
このような実施形態において、各液晶表示素子から出射する各色の画像光を合成するための色合成光学系や、その他の偏光板、波長選択性波長板等のような、殆どパワーを持たない光学素子（実質的に光学的パワーを持たない光学素子）のうち、拡大共役側（液晶プロジェクターの場合はスクリーン等の被投射面側）から数えてｉ番目の光学素子を構成する硝子材料の、Ｆ線、Ｃ線の光に対する屈折率を（Ｎｆ）ｉ、（Ｎｃ）ｉ、同じくｉ番目の光学素子の光軸上の肉厚（光軸方向の長さ）をＤｉ（ここで、該i番目の光学素子内を通過する光束が収束する位置にある場合を正、発散する位置にある場合を負とする、ここでの光束とは、縮小共役側の１点から出射して拡大共役側の１点に集光する光束のことである。）、液晶表示素子からスクリーン等の被投射面に至る投射光学系全系の焦点距離をｆとすると、
０．０２＜Σ｛（Ｎｆ）ｉ−（Ｎｃ）ｉ｝×Ｄｉ／ｆ＜０．１５  ・・・（１）
を満足する。
【００２５】
この条件式（１）は、図１等で記載した硝子ブロックＧＢで発生する軸上色収差の量を表すもので、ＧＢの硝材に、分散の大きいもの、また光軸方向の長さが長いほど軸上色収差の発生は大きい。但し、条件式（１）における光軸方向の長さを表すＤは、ＧＢが挿入される位置において、光線が焦点面に向かって収束する場合を正、発散する場合を負とする。
【００２６】
光線が焦点面に向かって収束する位置に硝子ブロックを配置させることで、軸上色収差において、負レンズと同様の効果が得られる。条件式（１）を満たすことで、前記負レンズ効果を適切な量で得られる。
【００２７】
また、ここでの光学素子は、白色光を赤、緑、青色光等の互いに異なる波長帯域の色光に分解する色分解用のプリズム（偏光分離膜を持つプリズム、或いはダイクロイックプリズム等）や、赤、緑、青色光等の互いに異なる波長帯域の色光を合成する色合成用のプリズム（偏光分離膜を持つプリズム、或いはダイクロイックプリズム等）や、偏光板、波長板等であることが望ましい。ここで、これらの光学素子は前述したように、入射面、出射面に光学的パワーを持っていないことが望ましいが、光学的パワーを持っていても構わない。これらの光学素子に曲率を与える場合には、好ましくは入射面側には正のパワーを与えることが望ましく、出射面側は正のパワーであっても負のパワーであっても構わない。
【００２８】
ここで、より良好に負レンズ効果を得るには、条件式（２）を満たすと良い。
０．０２５＜Σ｛（Ｎｆ）ｉ−（Ｎｃ）ｉ｝×Ｄｉ／ｆ＜０．１０  ・・・（２）
【００２９】
また、投射光学系内において、拡大共役側から数えてｐ番目の正レンズの焦点距離をｆｐ、ｐ番目の正レンズの硝材のｄ線の光に対するアッベ数をνｐ、同じくｐ番目の正レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率を（Ｎｇ）ｐ、（Ｎｆ）ｐ、（Ｎｃ）ｐとし、さらに、θｐ＝｛（Ｎｇ）ｐ−（Ｎｆ）ｐ｝／｛（Ｎｆ）ｐ−（Ｎｃ）ｐ｝、θｐ，ａｖ＝Σ（θｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）、νｐ，ａｖ＝Σ（νｐ／ｆｐ）／Σ（１／ｆｐ）とするとき、
θｐ，ａｖ−（０．６４８−０．００１６８２×νｐ，ａｖ）＞０  ・・・（３）
θｐ，ａｖ−（０．５８９−０．０００５８４×νｐ，ａｖ）＜０  ・・・（４）
の関係式を満たすとよい。この関係式は、前記投射光学系中に含まれるすべての正レンズに対して、それらの正レンズが所定の異常分散性を有することを規定した条件式である。
【００３０】
ここで、条件式（３）を逸脱すると、異常分散性が不十分であり、２次スペクトルの補正が不十分である。逆に、条件式（４）を逸脱すると、異常分散性が過剰であり、この場合も良好な２次スペクトルの補正は行えない。
【００３１】
条件式（３）、（４）を共に満たすには、前記正のパワーを持つレンズ群を構成する正レンズ（異常分散正レンズ）のうち少なくとも１枚の硝材に、
θｐ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｐ）＞０．０１８  ・・・（５）
の条件を満たす、異常分散硝子を用いるとよい。
【００３２】
ここで、この異常分散正レンズの片面、または両面に、以下の条件を満足する負レンズが接合されているとよい。
νａｂ＜５０  ・・・（６）
ここで、νａｂは、前記異常分散正レンズに接合された負レンズのｄ線におけるアッベ数とする。このような構成とすることにより、高次の色収差の補正を良好に行うことができる。
【００３３】
また、本実施例の投射光学系において、実質的に光学的パワーを持たない光学素子のうち少なくとも１つが、
（Ｎｆ）ｉ−（Ｎｃ）ｉ＞０．０１  ・・・（７）
を満足する。
【００３４】
投射光学系全体が、より良好に異常分散性を得るには、条件式（８）を満たすと良い。
θｐ，ａｖ−（０．６５５−０．００１６８２×νｐ，ａｖ）＞０  ・・・（８）
また、異常分散性をもつ正レンズ等で発生する、球面収差や歪曲等の収差を良好に補正するため、少なくとも１枚の非球面レンズを有するとよい。
【００３５】
（実施形態１）
実施形態１の投射レンズは、図１に示すように、拡大側より順に負正正のパワー配置をとっている。
【００３６】
第１レンズ群Ｌ１は、拡大側より順に、非球面レンズ（片面のみ非球面としてもかまわないが、ここでは両面非球面としている）と強いパワーの負レンズで構成されている。前記強いパワーの負レンズは、主に全系を広角化にする役割を持っている。前記非球面レンズでは、主に前記強いパワーの負レンズで発生した歪曲収差を良好に補正する効果を有している。図２の歪曲収差図より、画面全域に渡って歪曲収差が良好に補正されていることが分かる。
【００３７】
第２レンズ群Ｌ２は、２枚の正レンズより構成されており、近軸軸上光線及び瞳近軸光線がレンズ面を通過する光軸からの高さをそれぞれｈ，Ｈとするとき、前述の２枚の正レンズがｈ、Ｈが共に大きい位置に配置されている。
【００３８】
前記第２レンズ群Ｌ２では、第１レンズ群Ｌ１での歪曲収差、後述する第３レンズ群Ｌ３での非点収差、球面収差、コマ収差をそれぞれ補助的に補正する役割を持っている。
【００３９】
第３レンズ群Ｌ３は、負レンズが接合された強い正のパワーの異常分散レンズ、負のメニスカスレンズ、非球面レンズ、縮小共役側の面に強い正のパワーを有する正レンズより構成されている。
【００４０】
前記異常分散性を有する強いパワーの正レンズでは、短波長領域の色出しを効果的に行うと共に、前記異常分散レンズの片面に接合された負レンズとの接合面では、高次の色収差を効果的に補正している。
【００４１】
前記、負のメニスカスレンズでは、前記強い正のパワーを持つ異常分散レンズで発生した球面収差、コマ収差を効果的に補正している。
【００４２】
前記非球面レンズは、ｈ、Ｈが比較的大きな位置に配置されており、主に非点収差の補正を担当する以外に、補助的に球面収差、コマ収差の補正を行っている。図２の非点収差図より、画面全域に渡って非点収差が良好に補正されていることが分かる。
【００４３】
前記縮小共役側の面に強い正のパワーを有する正レンズでは、各群の合成屈折力を弱めると共に、非点収差、コマ収差を補助的に補正する役割を持っている。また、縮小共役側に強いパワーを持たせることにより、よりＨの大きな位置で効果的に歪曲収差を補正している。
【００４４】
最も縮小側に配置されている硝子ブロックでは、条件式（１）を満たすことで、負レンズ同様の色消し効果を得ている。前記異常分散レンズによる短波長側の色出し効果と、前記硝子ブロックの色消し効果のバランスを取ることで、図３に示すように、可視光全域において、効果的な軸上色収差補正を達成している。
【００４５】
（実施形態２）
実施形態２では、実施形態１に比べて硝子ブロックでの色消し効果が弱い場合の実施例を示す。
【００４６】
硝子ブロックの色出し効果が弱いことから、第３レンズ群の異常分散性を持つ正レンズによる短波長側の色出しも弱くする必要があり、それによって、前記負レンズとの接合面での高次の色収差補正の効果が不十分になる。そのため、前記負のメニスカスレンズを異常分散レンズに接合し、異常分散レンズの双方の面に高次の色収差を補正する効果を持たせている。
【００４７】
（実施形態３）
実施形態３は、図７に示すような負正正負正正の６群で構成されるズームレンズである。
【００４８】
第１レンズ群Ｌ１は、拡大共役側に凸面を有する負のメニスカスレンズ、非球面レンズ、拡大共役側に強い凹面を有する負レンズ、縮小共役側に強い凸面を有する正レンズを有している。
【００４９】
前記拡大側共役側に凸面を有する負のメニスカスレンズでは、Ｈの小さい縮小共役側の面に、高角化を得るための負のパワーを備え、Ｈの大きい拡大共役側の面に歪曲収差補正効果を持つ正のパワーを有している。また、前記非球面レンズと、前記拡大共役側に強い凹面を有する負レンズでは、実施形態１の第１レンズ群Ｌ１と同様に、高角化を得るための強い負のパワーと、それによって生じる歪曲収差の補正効果を持っている。また、前記縮小共役側に強い凸面を有する正レンズでは、Ｈの大きい位置に凸面を備えることで、歪曲収差の補正を行っている。
【００５０】
第２レンズ群Ｌ２は、正の両凸レンズ１枚の移動群であり、後述する第３レンズ群Ｌ３から第６レンズＬ６により、略アフォーカルに入射される光線を、第１レンズ群Ｌ１と第１レンズ群Ｌ２の合成焦点距離を変化させることで、主に変倍効果を得ている。
【００５１】
第３レンズ群Ｌ３は、正の凸レンズ１枚の移動群であり、第３レンズ群Ｌ３から第６レンズ群Ｌ６を略アフォーカルな関係を維持して移動している。
【００５２】
第４レンズ群Ｌ４は、負レンズ１枚より成り、第５レンズ群Ｌ５の移動によって生じる収差変動を良好に保持する役割を持っている。図８、図９に示すように、広角端、望遠端ともに、良好な光学特性を得ていることが分かる。
【００５３】
第５レンズ群Ｌ５は、強い正のパワーの異常分散レンズを２枚備え、うち１枚が負レンズとの接合レンズであり、また非球面レンズを含んでおり、実施形態１の第３レンズ群Ｌ３同様、短波長側の色出し、高次の色収差補正、非点収差補正を担っている。
【００５４】
また、第５レンズ群Ｌ５が移動することにより、第５レンズ群Ｌ５と第６レンズ群Ｌ６の合成焦点距離を変化させ、前記第３レンズ群から第６レンズ群までのアフォーカル系の角倍率を変動させることで、第２レンズ群Ｌ２と共に変倍効果を得ている。
【００５５】
第６レンズ群Ｌ６は、第１から第５レンズ群Ｌ１からＬ５の合成屈折力を弱める働きをしており、高画角化、大口径化に有利な作用をしている。
【００５６】
最も縮小側に配置された硝子ブロックでは、実施形態１同様に色消し効果を有しており、前記異常分散レンズの色出し効果とのバランスをとり、かつ各移動群で共役関係を良好に維持することにより、図１０に示すように広角端、望遠端共に良好に軸上色収差を補正している。
【００５７】
ここで、以上記載した実施形態１〜３の投射光学系を適用した画像投射装置（液晶プロジェクター）について説明する。赤、緑、青色に対応する３色の原画を形成する３つの画像表示素子（液晶表示素子、好ましくは反射型液晶表示素子）と、光源からの光で前述の３つの画像表示素子を照明する照明光学系と、前述の３つの画像表示素子からの画像光を投射する投射光学系とを有している。ここで、照明光学系には、光源からの無偏光光を直線偏光光に変換する偏光変換素子と、画像表示素子上での照度均一性を高めるためのインテグレータ（シリンドリカルレンズアレイやハエの目レンズ等）と、光源からの白色光を赤、緑、青色光に分解する色分解光学系とを含んでいる。また、投射光学系は、３つの画像表示素子からの画像光を合成する色合成光学系と、この色合成光学系からの画像光を投射する投射レンズ（勿論ミラー等を含んでいても構わない）とを含んでいる。ここで、色合成光学系は、主に偏光ビームスプリッターやダイクロイックプリズム、波長選択性位相差板や、偏光板等を含んでおり、これらの光学素子は実質的に光学的パワーを持たない（投射光学系の焦点距離の１００倍以上、より好ましくは１０００倍以上の焦点距離を持つ）ことが望ましい。この逆に、前述したようにこの光学素子（特に画像投射装置等の色分解用或いは色合成用に使われるキューブ型プリズム）に（０より大きい）光学的パワーを持たせる（有限の曲率を持たせる）場合には、すべての色光（赤色光、緑色光、青色光）に関して同じパワーを持たせても構わないが、好ましくは赤色光が通る面と、緑色光が通る面と、青色光が通る面とを、互いに異なるパワーを持つ２種類以上の面（好ましくは３面とも互いにパワーが異なる面とすることが望ましい）で構成すると良い。
【００５８】
ここで、上述の画像投射装置が有する画像表示素子は、微小な反射素子を複数有する光変調素子（ミラーアレイ）であっても良いし、透過型の画像表示素子（透過型液晶表示素子等）であっても良いし、また、画像表示素子は一つであっても構わない。
【００５９】
以上記載した実施例において、投射レンズＰＬは液晶プロジェクター（画像投射装置）本体に対して一体的に構成されていることが望ましいが、投射レンズＰＬは接続部材（不図示）を介して液晶プロジェクター本体に装着されるように構成し、着脱可能としても構わない。また、当然ではあるが、各数値実施例中の単位はすべてｍｍとしているが、勿論この数値実施例と相似な関係、すなわち単位をｍｍからｃｍ、ｍ、μｍに変えたもの等は本実施例の記載範囲内とする。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００６１】
以上記載したような本実施例によれば、液晶表示素子に基づく表示画像をスクリーン等の被投射面に拡大投射する投射レンズを、小型で軽量にすることができるだけでなく、表示画像を明るく投射することができる。また、本実施例によれば、少ないレンズ枚数で、高精細な画像においても色収差を良好に補正した画像を得ることができるとともに、解像力の優れた投射レンズを提供することができる。すなわち、投射レンズ及び投射光学系の小型化を図りつつ、軸上色収差、倍率色収差ともに良好に補正することができ、画面全体に渡り良好な光学性能を有した液晶プロジェクター用に好適な投射光学系及びそれを用いた画像投射装置を提供することができる。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
【表２】
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【００６４】
【表３】
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【００６５】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施形態１の投射レンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図２】数値実施例１の投射レンズにおける、物体距離６６０ｍｍの時の収差図
【図３】数値実施例１の投射レンズにおける、物体距離６６０ｍｍの時の軸上色差図
【図４】実施形態２の投射レンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図５】数値実施例２の投射レンズをｍｍ単位で表した時の、物体距離６６０ｍｍの時の収差図
【図６】数値実施例２の投射レンズをｍｍ単位で表した時の、物体距離６６０ｍｍの時の収差図
【図７】数値実施例３のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図８】数値実施例３のズームレンズにおける、物体距離２１００ｍｍの時の広角端における収差図
【図９】数値実施例３のズームレンズにおける、物体距離２１００ｍｍの時の望遠端における収差図
【図１０】数値実施例３のズームレンズにおける、物体距離２１００ｍｍの時の広角端と望遠端それぞれにおける軸上色収差図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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