(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とが光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群とが固定しているズームレンズにおいて、
以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
（１）  −２．５  ＜  ｆ１／ｆｗ  ≦  −１．８５７
（２）  ２．０４３  ≦  ｆ２／ｆｗ  ＜  ２．６
（４）  −０．７  ＜  β４  ＜  −０．３
但し、ｆｗ：広角端状態における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離、
β４：前記第４レンズ群の担う倍率である。
である。
【請求項２】
さらに、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
（３）  １．４  ＜  ｆ４／ｆｗ  ＜  ２．８
但し、ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離である。
【請求項３】
フォーカシングに際して前記第１レンズ群を移動することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
光源からの光に対して所定の振動方向の直線偏光変換及び色分解を行うことにより、第１色の偏光と第２色の偏光と第３色の偏光とを出射する偏光色分解光学系と、
前記第１色の偏光の振動方向を、変調して反射する第１反射型ライトバルブと、
前記第２色の偏光の振動方向を、変調して反射する第２反射型ライトバルブと、
前記第３色の偏光の振動方向を、変調して反射する第３反射型ライトバルブと、
前記第１反射型ライトバルブから出射される第１色の変調光と、前記第２反射型ライトバルブから出射される第２色の変調光と、前記第３反射型ライトバルブから出射される第３色の変調光との検光及び色合成を行う検光色合成光学系と、
前記検光色合成光学系から出射された光を投影する投影光学系とを有する投射型表示装置において、
前記投影光学系は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とが光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群とが固定され、以下の条件を満足することを特徴とする投射型表示装置。
（１）  −２．５  ＜  ｆ１／ｆｗ  ≦  −１．８５７
（２）  ２．０４３  ≦  ｆ２／ｆｗ  ＜  ２．６
（４）  −０．７  ＜  β４  ＜  −０．３
但し、ｆｗ：広角端状態における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離、
β４：前記第４レンズ群の担う倍率である。
【請求項５】
さらに、以下の条件を満足することを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
（３）  １．４  ＜  ｆ４／ｆｗ  ＜  ２．８
但し、ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離である。
【請求項６】
フォーカシングに際して前記第１レンズ群を移動することを特徴とする請求項４または５に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズ、特に液晶プロジェクター用投射レンズ系に好適なズームレンズ及び該レンズを備える投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型で広い画角を有するズームレンズとして、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とが光軸上を移動し、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群が固定（静止）しているズームレンズが知られている。特に液晶プロジェクターに適したズームレンズとして、特開平９−２４３９１７公報、特開平１０−２０１９２公報、特開平１１−９５０９８公報、特開平１１−２０２２００公報等に開示されたレンズが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶プロジェクターにおいてはさらなる省スペース化と映像の高輝度化が求められている。省スペースとしては、短い距離で大画面の投射を可能にする画角の広い投射レンズが求められている。一方、映像の高輝度化を目的として、開口効率の良い反射型の液晶表示デバイスが利用されている。反射型の液晶表示デバイスを利用する液晶プロジェクターにおいては、投射レンズと液晶表示デバイスとの間にダイクロイック・プリズム等の色合成光学系に加えて、検光光学系を挿入する必要がある。また、装置の構成によっては投射レンズと液晶表示デバイスとの間に偏光分離光学系を挿入する場合もある。このため、焦点距離に比べて大きなバックフォーカスが求められている。ここで、バックフォーカスとは、レンズ最終面から像面（液晶面）までの間をすべて空気とした場合の距離、いわゆる空気換算バックフォーカスのことであり、挿入されるガラスブロックの位置および厚さに依存しない光学系固有の値である。
【０００４】
特開平９−２４３９１７号公報に開示されたズームレンズは、広角端状態における画角が５０〜６０°と比較的広い画角を有しているが、充分な長さのバックフォーカスを有していなかった。一方、特開平１０−２０１９２号公報および特開平１１−９５０９８号公報に開示されたズームレンズはいずれも、広角端状態における画角が５０°程度と狭く、バックフォーカスも短かった。また、特開平１１−２０２２００公報に開示されたズームレンズは、充分なバックフォーカスを有しているが、広角端状態における画角が４５°程度と狭かった。
【０００５】
本発明は上記問題にかんがみてなされたものであり、長いバックフォーカスと広い画角を有したズームレンズ及び該レンズを備える投射型表示装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とが光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群とが固定しているズームレンズにおいて、以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズである。
（１）  −２．５  ＜  ｆ１／ｆｗ  ≦  −１．８５７
（２）  ２．０４３  ≦  ｆ２／ｆｗ  ＜  ２．６
（４）  −０．７  ＜  β４  ＜  −０．３
但し、ｆｗ：広角端状態における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離、
β４：前記第４レンズ群の担う倍率である。
である。
【０００７】
請求項２の発明は、以下の条件を満足する請求項１に記載のズームレンズである。
（３）  １．４  ＜  ｆ４／ｆｗ  ＜  ２．８
但し、ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離である。
【０００８】
請求項３の発明は、フォーカシングに際して前記第１レンズ群を移動することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズである。
【０００９】
請求項４の発明は、光源からの光に対して所定の振動方向の直線偏光変換及び色分解を行うことにより、第１色の偏光と第２色の偏光と第３色の偏光とを出射する偏光色分解光学系と、
前記第１色の偏光の振動方向を、変調して反射する第１反射型ライトバルブと、
前記第２色の偏光の振動方向を、変調して反射する第２反射型ライトバルブと、
前記第３色の偏光の振動方向を、変調して反射する第３反射型ライトバルブと、
前記第１反射型ライトバルブから出射される第１色の変調光と、前記第２反射型ライトバルブから出射される第２色の変調光と、前記第３反射型ライトバルブから出射される第３色の変調光との検光及び色合成を行う検光色合成光学系と、
前記検光色合成光学系から出射された光を投影する投影光学系とを有する投射型表示装置において、
前記投影光学系は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とが光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群とが固定している投影光学系において、以下の条件を満足する。
（１）  −２．５  ＜  ｆ１／ｆｗ  ≦  −１．８５７
（２）  ２．０４３  ≦  ｆ２／ｆｗ  ＜  ２．６
（４）  −０．７  ＜  β４  ＜  −０．３
但し、ｆｗ：広角端状態における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離、
β４：前記第４レンズ群の担う倍率である。
【００１０】
請求項５の発明は、さらに、以下の条件を満足する請求項４に記載の投射型表示装置。
（３）  １．４  ＜  ｆ４／ｆｗ  ＜  ２．８
但し、ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離である。
【００１１】
請求項６の発明は、フォーカシングに際して前記第１レンズ群を移動することを特徴とする請求項４または５に記載の投射型表示装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上述の本発明にかかるズームレンズの構成について説明する。各実施例におけるズームレンズは、液晶表示デバイスなどの空間光変調素子に表示される画像を拡大倍率のもとで図示無きスクリーン上に投射するものであり、拡大側から順に（スクリーン側から順に）、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とが光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群とが固定（静止）する構成としている。このような構成の下、長いバックフォーカスを有しており、かつ広い画角に対して良好な性能を得るためには、以下の条件式（１）および条件式（２）を満足することが望ましい。なお、バックフォーカスに関しては、以下の式（ａ）を満足することが望ましい。
（ａ）  Ｂｆ／ｆｗ  ＞  ２．０
但し、Ｂｆ：空気換算バックフォーカスである。
【００１４】
条件式（１）は第１レンズ群の焦点距離（すなわち屈折力の逆数）の適正な範囲を規定している。長いバックフォーカスと広い画角を得るためには、いわゆるレトロフォーカス型のレンズ構成にすることが望ましい。しかし、レトロフォーカス型の構成は歪曲収差を生じ易く、その影響は画角が広くなるに従い大きくなる。条件式（１）の下限を超えると第１レンズ群の屈折力が弱くなり過ぎ、長いバックフォーカスと広い画角を得ることが困難になり不適当である。
【００１５】
逆に、条件式（１）の上限を超えると第１レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、歪曲収差をはじめとする軸外諸収差の補正が困難になり不適当である。なお、歪曲収差の補正には第１レンズ群の最も拡大側のレンズを正レンズとすることが効果的である。
【００１６】
条件式（２）は第２レンズ群の焦点距離の適正な範囲を規定している。条件式（２）の下限を超えると第２レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、球面収差のズーミングによる変動の補正が困難になり不適当である。逆に、条件式（２）の上限を超えると第２レンズ群の屈折力が弱くなり過ぎ、変倍のための第２レンズ群の移動量が増大し、レンズ全系の小型化が困難になり不適当である。
【００１７】
さて、バックフォーカスを長くするためには、さらに第４レンズ群の後側主点から像点（空間光変調素子、例えば液晶表示デバイスの液晶面の位置）までの距離を大きくする必要がある。第４レンズ群の後側主点から像点までの距離Ｓ４’は、第４レンズ群の担う倍率β４と第４レンズ群の焦点距離ｆ４に関連しており、以下の式（ｂ）で表される。
（ｂ）  Ｓ４’＝（１−β４）×ｆ４
従って、本発明のズームレンズでは、第４レンズ群の担う倍率の好適な範囲および第４レンズ群の焦点距離の好適な範囲を上記条件式（３）および（４）で規定している。バックフォーカスの長さに関しては、上記式（ｂ）から判るように、条件式（３）の下限あるいは条件式（４）の上限を超えると、バックフォーカスを長くできなくなり好ましくない。また、条件式（３）の下限を超えると第４レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、第４レンズ群で発生する収差、特に画面周辺部での軸外諸収差の補正が困難となり好ましくない。
【００１８】
逆に、条件式（３）の上限を超えると第４レンズ群の焦点距離が長くなり過ぎ、レンズ全系の小型化と画角を広くすることが困難になるため好ましくない。また、条件式（４）の下限を超えると、第４レンズ群で発生する収差の補正が困難となるため好ましくない。
【００１９】
また、フォーカシングに際しては、第１レンズ群を移動することが好ましい。第１レンズ群を移動することにより、同一距離の物体（スクリーン）に対するフォーカシング移動量がズームポジションに依らず一定にでき、物体（スクリーン）距離によりズーム軌道が変わること等を防止することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明にかかるズームレンズの数値実施例を説明する。ここで、図１、図４、図７および図１０は、それぞれ第１乃至第４実施例のズームレンズの広角端状態におけるレンズ配置図である。
【００２１】
各実施例ともに、例えば図１に示すように、拡大側（図中左側）から負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とからなるズームレンズであり、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４とは固定（静止）し、第２レンズ群Ｇ２が拡大側へ、また第３レンズ群が縮小側へ移動する。また、無限遠物体（無限遠スクリーン）から至近距離物体（至近距離スクリーン）へのフォーカシングに際しては、第１レンズ群Ｇ１を拡大側へ移動する。
【００２２】
（第１実施例）
図１に示す第１実施例のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、２枚の拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズの４群５枚からなる。第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズ、両凸レンズ、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズの４群５枚からなる。第３レンズ群Ｇ３は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズの２群３枚からなる。第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズ、両凸レンズ、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズ、両凸レンズの４群５枚からなる構成を有する。
【００２３】
この構成により、明るい光学系と本発明の実施例中最も広い画角を実現している。表１に本実施例の諸元値を掲げる。
【００２４】
【表１】
0004672827.tif 000002
0004672827.tif 000003
0004672827.tif 000004
図２、図３は本実施例においてｄ０＝5700mmのときの広角端状態における諸収差
図および望遠端状態における諸収差図をそれぞれ示している。各収差図において、ＮＡは開口数、Ｙは像高、ｄはｄ線およびｇはｇ線（λ＝435.8nm）をそれぞれ表している。また、非点収差図における実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面をそれぞれ表している。なお、以下全ての実施例の諸収差図において本実施例と同様の符号を用いる。また、本実施例も含めて全ての実施例の諸収差図は、ＰＢＳ等の平行平板が光学系に存在するときの収差を示している。収差図から明らかなように、本実施例は優れた性能を有し、かつ充分な周辺光量を有していることがわかる。また、諸元値表から明らかなように、広い画角と長いバックフォーカスを有していることがわかる。
【００２５】
（第２実施例）
図４に示す第２実施例のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、２枚の拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズの４群５枚からなる。第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズの４群５枚からなる。第３レンズ群Ｇ３は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズの２群３枚からなる。第４レンズ群Ｇ４は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合正レンズ、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズの４群５枚からなる構成を有する。
【００２６】
本実施例では、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を強くすることにより、上記第１実施例に比べズーム比を拡大するとともに全長を短くしさらなる小型化を実現している。明るい光学系と本発明の実施例中最も広い画角を実現している。表２に本実施例の諸元値を掲げる。
【００２７】
【表２】
0004672827.tif 000005
0004672827.tif 000006
0004672827.tif 000007
図５、図６は本実施例においてｄ０＝6000mmのときの広角端状態における諸収差図および望遠端状態における諸収差図をそれぞれ示している。収差図から明らかなように、本実施例は優れた性能を有し、かつ充分な周辺光量を有していることがわかる。また、諸元値表から明らかなように、広い画角と長いバックフォーカスを有していることがわかる。
【００２８】
（第３実施例）
図７は、第３実施例にかかるズームレンズのレンズ構成と移動軌跡を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、２枚の拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズとの４群５枚からなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズと、２枚の両凸レンズと、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズとの４群５枚からなる。第３レンズ群Ｇ３は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズとの２群３枚からなる。そして、第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズと、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズと、両凸レンズとの４群５枚からなる構成を有する。
【００２９】
本実施例では、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を強くすることにより、各実施例の中で最も大きいズーム比を有している。
【００３０】
表３に本実施例の諸元値を掲げる。
【００３１】
【表３】
0004672827.tif 000008
0004672827.tif 000009
0004672827.tif 000010
図８、図９は本実施例においてｄ０＝5800mmのときの広角端状態における諸収差図および望遠端状態における諸収差図をそれぞれ示している。収差図から明らかなように、本実施例は優れた性能を有し、かつ充分な周辺光量を有していることがわかる。また、諸元値表から明らかなように、広い画角と長いバックフォーカスを有していることがわかる。
【００３２】
（第４実施例）
図１０は、第４実施例にかかるズームレンズのレンズ構成と移動軌跡を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、２枚の拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズの４群５枚からなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズと、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズとの３群４枚からなる。第３レンズ群Ｇ３は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズとの２群３枚からなる。そして、第４レンズ群Ｇ４は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合正レンズと、両凸レンズとの４群５枚からなる構成を有する。
【００３３】
本実施例では、広角端状態の画角は狭くなっているが、上記各実施例に比較してレンズが１枚少ない構成を実現している。
【００３４】
表４に本実施例の諸元値を掲げる。
【００３５】
【表４】
0004672827.tif 000011
0004672827.tif 000012
0004672827.tif 000013
図１１、図１２は本実施例においてｄ０＝6000mmのときの広角端状態における諸収差図および望遠端状態における諸収差図をそれぞれ示している。収差図から明らかなように、本実施例は優れた性能を有し、かつ充分な周辺光量を有していることがわかる。また、諸元値表から明らかなように、広い画角と長いバックフォーカスを有していることがわかる。
【００３６】
（第５実施例）
図１３は、第５実施例にかかる投射型表示装置の概略構成を示す図である。本実施例は、上記第１実施例又は第２実施例にかかるズームレンズ（投影光学系）に好適な投射型表示装置である。
【００３７】
ランプ１ａと放物面鏡の凹面鏡１ｂとで構成される光源１から射出された略平行光束は紫外光及び赤外光カットフィルターＦを透過して偏光ビームスプリッタ２に入射し、Ｓ偏光とＰ偏光とに偏光分離される。ここで、放物面鏡を使用しない光源では、射出光源光は平行光束とならないために整形光学系を用いて略平行光束に変換することが望ましい。また、光源光束の入射する偏光ビームスプリッタ２は同一形状を有する直角２等辺三角柱プリズム２Ａとプリズム２Ｂとから構成されている。プリズム２Ｂの底面には偏光分離膜が形成されている。プリズム２Ａとプリズム２Ｂとは、プリズム２Ｂの膜面とプリズム２Ａの底面とを光学用の接着剤により接着して固着一体化されている。本実施例にかかる投射型表示装置では、Ｓ偏光は廃棄して使用せず、Ｐ偏光を使用する構成としている。
【００３８】
偏光ビームスプリッタ２を射出したＰ偏光は、第１のプリズム３と第２のプリズム４と第３のプリズム５とから構成される色分解合成複合プリズムに入射する。プリズム３の面３ｂ（第２面）には青色光（以下「Ｂ光」という）を反射し、赤色光（以下「Ｒ光」という）と緑色光（以下「Ｇ光」という）とを透過させるＢ光反射ダイクロイック膜が形成されている。また、プリズム３の面３ｂとプリズム４の面４ａ（第１面）間には空隙が形成されている。
【００３９】
プリズム４の４ｂ面（第２面）とプリズム５の５ａ面（第１面）とは、面４ｂ上に形成したＲ光反射ダイクロイック膜と面５ａとが光学用の接着剤にて接着され、固着一体化される。
【００４０】
次に、偏光ビームスプリッタ２を構成するプリズム２Ａ，２Ｂと、複合プリズムを構成するプリズム３，４及び５に使用するガラス材料について説明する。偏光ビームスプリッタには、光弾性係数の絶対値が小さい材料を用いることが好ましい。また、その材料は通常１．８程度の屈折率を有するものである。特に、本実施例では、ビームスプリッタ２及びプリズム３，４及び５を構成する硝材の光弾性常数の絶対値が、該ビームスプリッタ等の内部を進行する光の波長において１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以内であることが好ましい。かかる特性の硝材を用いることで、プリズム内部に発生する応力による複屈折量を極力抑えることができるので、プリズム中を進行する直線偏光の偏光状態を変化させることがない。
【００４１】
偏光ビームスプリッタ２によって偏光分離されてプリズム３に面３ａ（第１面）側から入射したＰ偏光は、そのまま進行して面３ｂ（第２面）に形成されたＢ光反射ダイクロイック膜によって反射されるＢ光と、そのまま進行してプリズム４へ面４ａ（第１面）から入射するＲ光及びＧ光とに色分解される。Ｂ光はそのまま進行して面３ａ面（第１面）にて全反射され、さらに進行して面３ｃ（第３面）から射出され、射出面近傍に配置されたＢ光用反射型液晶ライトバルブ６Ｂに入射する。
【００４２】
一方、プリズム４中に進行したＲ光及びＧ光は、そのまま進行してプリズム４の面４ｂ（第２面）とプリズム５の面５ａ(第１面)との接合面に到達する。面４ｂはＲ光反射ダイクロイック膜を有しており、面４ｂと面５ａとは接合面全体にわたって接着剤層を介して接合されプリズム４とプリズム５とが一体化されている。そして、Ｒ反射ダイクロイック膜によって反射されるＲ光と、そのまま進行するＧ光とに色分解される。Ｇ光はそのままプリズム５中を進行して所定の射出面５ｂから射出され、射出面近傍に配置されたＧ光用反射型液晶ライトバルブ６Ｇに入射される。なお、本実施例においてプリズム５は４角柱プリズム形状であるが、これに限られず三角プリズムでも良い。プリズム５が三角プリズムの場合は、Ｇ光はプリズム中をそのまま真っ直ぐ進行して射出面から射出されるのでなく、一度、三角柱の斜面にて全反射した後所定の射出面から射出される構成となる。
【００４３】
Ｒ光反射ダイクロイック膜によって反射されたＲ光はそのままプリズム４中を進行し、プリズム４の面４ａ（第１面）に入射し、ここで全反射作用を受けプリズム４中をさらに進行し、射出面４ｃ（第３面）より射出され、射出面４ｃ近傍に配置されたＲ光用反射型ライトバルブ６Ｒに入射される。
【００４４】
ここで、反射型液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂについて説明する。本実施例において使用する反射型液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは電気書き込み式反射型ライトバルブであって、各色の色信号に基づいて各ライトバルブに入射する直線偏光（Ｐ偏光）のうちの所定箇所に対応する画素に相当する液晶層の液晶分子の配列を変えることによって複屈折層を形成している。そして、前記入射光の振動方向を変えて、結果として入射したＰ偏光をＳ偏光に変換（変調）して反射射出させる機能を有するのもである。かかる機能を有することから、ライトバルブ射出光は変調光としてのＳ偏光と、選択されなかった箇所に相当する非変調光たるＰ偏光の混合光が混在していることになる。電気書き込み式ライトバルブの場合、各画素にそれぞれ対応してスイッチング用ＴＦＴを有し、前記色信号によってＴＦＴをスイッチングさせて液晶層に電界を与え、前記機能を与えるものである。
【００４５】
なお、他方式のライトバルブとして光書き込み式反射型ライトバルブが知られているが、書き込み光学系を別途必要とすることから投射型表示装置全体が大型化してしまう。このため、装置の大きさの観点からみると小型化を図ることができる電気書き込み式ライトバルブの方が有利である。各色光用のライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを反射・射出した変調光と非変調光との混合光は、各色それぞれ入射光軸と逆行して進行し、色分解合成複合プリズム中を進行して、各ダイクロイック膜によって色合成が行われ、プリズム３の面３ａ（第１面）から色合成光として射出される。なお、入射光軸と逆行して進行する場合に、複合プリズム中において、Ｒ光はプリズム４の面４ａ（第１面）にて、Ｂ光はプリズム３の面３ａ（第１面）にてそれぞれ一回づつ全反射作用を受けることはいうまでもない。
【００４６】
そして、色分解合成複合プリズムを射出した合成光は偏光ビームスプリッタ２にプリズム２Ｂ側から入射され、偏光分離部によって変調光（Ｓ偏光）を反射、非変調光（Ｐ偏光）を透過させて分離、即ち検光される。このうちの変調光（検光光）は投射レンズ９に入射され、フルカラー像としてスクリーン１０上に投射される。
【００４７】
（第６実施例）
図１４は、第６実施例にかかる投射型表示装置の概略構成を示す図である。本実施例は、上記第３実施例又は第４実施例にかかるズームレンズ（投影光学系）に好適な投射型表示装置である。
【００４８】
ランプ１ａと放物面鏡の凹面鏡１ｂとで構成される光源１から射出された略平行光束は紫外光及び赤外光カットフィルターＦを透過する。ここで、放物面鏡を使用しない光源では、射出光源光は平行光束とならないために整形光学系を用いて略平行光束に変換することが望ましい。
【００４９】
光源１からの光は、Ｂ光反射のダイクロイックミラー５０とＲ光及びＧ光反射のダイクロイックミラー６０とがＸ型に配置されたクロスダイクロイックミラーに入射される。当該ミラーによって互いに反対方向で、入射方向に対して直角な方向に、Ｂ光、Ｒ光及びＧ光の混合光を当該クロスダイクロイックミラーから射出する。色分離されたＢ光は折り曲げミラー８０によって光軸の方向を直角に変えて進行し、Ｂ光用偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１Ｂに入射される。Ｒ光、Ｇ光混合光は折り曲げミラー７０によって光軸を直角に変えて進行し、前記ダイクロイックミラー５０と平行に配置されたＧ光用反射ダイクロイックミラー９０に入射し、Ｒ光を入射軸と同じ方向に透過進行させてＰＢＳ１１Ｒに入射させる。ダイクロイックミラー９０を反射したＧ光はＰＢＳ１１Ｇに入射させる。
【００５０】
以上の構成により、光源光はダイクロイックミラー５０，６０からなるクロスダイクロイックミラーとダイクロイックミラー９０から構成される三色分解光学系によってＲ光，Ｇ光，Ｂ光に分解され、各色光ごとに配置されたＲ，Ｇ，Ｂ各色用のＰＢＳ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに入射される。各色用ＰＢＳに入射した各色光は当該ＰＢＳの偏光分離膜によって偏光分離され、その内の反射されたＳ偏光のみ各色用反射型ライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに入射される。なお、透過したＰ偏光は各色光とも廃棄される。本実施例においては、光源からクロスダイクロイックミラー６０及びダイクロイックミラー９０を経由して各色光用ライトバルブまでの光路長は各色光においてすべて同じである。また、本実施例で採用した電気書込み反射型ライトバルブは、上記第４実施例と同様の構成であるので、その説明は省略する。
【００５１】
各色光用ライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを射出した各色信号によって受けた変調光を含む光は、再度各色光用ＰＢＳ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに入射され各色光用ＰＢＳの偏光分離膜にて変調光のみを検光され、当該光のみ透過して進行し、色合成光学系を形成するダイクロイックプリズム１３に入射される。ダイクロイックプリズム１３は４個の直角二等辺三角柱プリズムの側面にＲ光反射ダイクロイック膜１３Ｒ又はＢ光反射ダイクロイック膜１３Ｂを形成して貼り合わせ、各ダイクロイック膜がＸ型に配置されたように形成したプリズムである。図に示すようにＲ光用ＰＢＳ１１Ｒを射出したＲ光検光光は当該ダイクロイックプリズムのＲ光反射ダイクロイック膜１３Ｒに反射されて光軸を直角に変えて進行し、プリズムを射出する。同様にＰＢＳ１１Ｂを射出したＢ光検光光は当該ダイクロイックプリズム１３のＢ光反射ダイクロイック膜１３Ｂによって、反射、光軸を直角に変えて、プリズムを射出する。Ｇ光用ＰＢＳを射出したＧ光検光光はダイクロイックプリズム１３に入射して、ダイクロイック膜１３Ｂ及び１３Ｒを透過してそのままの光軸で進行、射出する。以上の構成により、ダイクロイックプリズム１３にて三色合成が達成され、投射レンズ１４に入射する合成光はスクリーン上に投射される。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶プロジェクターの投射レンズに好適な長いバックフォーカスと広い画角を有したズームレンズ及び該レンズを備える投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の広角端状態におけるレンズ配置を示す図である。
【図２】第１実施例のｄ０＝5700mmのときの広角端状態における諸収差を示す図である。
【図３】第１実施例のｄ０＝5700mmのときの望遠端状態における諸収差を示す図である。
【図４】第２実施例の広角端状態におけるレンズ配置を示す図である。
【図５】第２実施例のｄ０＝6000mmのときの広角端状態における諸収差を示す図である。
【図６】第２実施例のｄ０＝6000mmのときの望遠端状態における諸収差を示す図である。
【図７】第３実施例の広角端状態におけるレンズ配置を示す図である。
【図８】第３実施例のｄ０＝5800mmのときの広角端状態における諸収差を示す図である。
【図９】第３実施例のｄ０＝5800mmのときの望遠端状態における諸収差を示す図である。
【図１０】第４実施例の広角端状態におけるレンズ配置を示す図である。
【図１１】第４実施例のｄ０＝6000mmのときの広角端状態における諸収差を示す図である。
【図１２】第４実施例のｄ０＝6000mmのときの望遠端状態における諸収差を示す図である。
【図１３】第５実施例にかかる投射型表示装置の概略構成を示す図である。
【図１４】第６実施例にかかる投射型表示装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ３  第３レンズ群
Ｇ４  第４レンズ群
１    光源
２    偏光ビームスプリッタ
３，４，５        プリズム
６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ  反射型ライトバルブ
９  投射レンズ
１０  スクリーン
Ｆ    フィルタ
５０  Ｂ光反射ダイクロイックミラー
６０  Ｇ光，Ｒ光反射ダイクロイックミラー
７０，８０  折り曲げミラー
９０  Ｇ光反射ダイクロイックミラー
１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ  ＰＢＳ
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ  反射型ライトバルブ
１３  クロスダイクロイックプリズム
１４  投射レンズ系
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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