(57)【要約】  【課題】  正面投写でありながら、良好な収差性能を示し、低Ｆナンバー、広角、長いバックフォーカス、高い周辺光量比、といった投写型表示装置に要求される仕様を合理的な構成で実現することのできる投写レンズを提供する。  【解決手段】  空間光変調素子（像面５付近に配置）上に形成された光学像をスクリーン４上に拡大投写する本発明の投写レンズ１を、スクリーン４側から像面５側に向かって順に配置された、前側レンズ群２と後側レンズ群３とにより構成する。後側レンズ群３に、前側レンズ群２と後側レンズ群３とに共通の光軸７に対して偏心した絞り６を設ける。フォーカス調整を、後側レンズ群３を回転させることなく光軸７の方向に移動させることによって行う。【選択図】  図１
2005128487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調素子上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズであって、
前記スクリーン側から像面側に向かって順に配置された、前側レンズ群と後側レンズ群とを備え、
前記後側レンズ群は、前記前側レンズ群と前記後側レンズ群とに共通の光軸に対して偏心した絞りを有し、
前記後側レンズ群を回転させることなく前記光軸方向に移動させることによってフォーカス調整を行うようにしたことを特徴とする投写レンズ。
【請求項２】
前記前側レンズ群を前記光軸方向に移動させることによって倍率調整を行うようにした請求項１に記載の投写レンズ。
【請求項３】
前記後側レンズ群と前記像面との間に、補助レンズ群をさらに備えた請求項１に記載の投写レンズ。
【請求項４】
前記前側レンズ群と前記後側レンズ群との間に、光路折り曲げ手段をさらに備えた請求項１に記載の投写レンズ。
【請求項５】
前記絞りが、前記光路折り曲げ手段の前後の前記光軸を含む面に平行な方向に偏心している請求項４に記載の投写レンズ。
【請求項６】
前記絞りが、前記光路折り曲げ手段の前後の前記光軸を含む面に垂直な方向に偏心している請求項４に記載の投写レンズ。
【請求項７】
前記光路折り曲げ手段の前後の前記光軸がなす角をθとしたとき、
４５度≦θ≦９０度                      ・・・（１３）
なる関係を満足する請求項４に記載の投写レンズ。
【請求項８】
前記絞りの開口部が略楕円形状である請求項１に記載の投写レンズ。
【請求項９】
前記絞りの偏心量をＤ１、前記絞りの位置における有効開口半径をＤ２としたとき、
Ｄ１／Ｄ２＜０．５                      ・・・（１２）
の条件式を満足する請求項８に記載の投写レンズ。
【請求項１０】
前記空間光変調素子の有効表示領域が長軸と短軸とを有する矩形状であり、前記絞りが前記長軸に沿った方向又は前記短軸に沿った方向に偏心している請求項１に記載の投写レンズ。
【請求項１１】
前記前側レンズ群は、負パワーの第１レンズ群からなり、
前記後側レンズ群は、前記スクリーン側から順に配置された、正パワーの第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群とからなり、
前記補助レンズ群は、正パワーの第４レンズ群からなり、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の軸上空気間隔をｔ１２、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間の軸上空気間隔をｔ３４、全系の焦点距離をｆとしたとき、
６．２＜ｔ１２／ｆ＜１０．５            ・・・（１）
２．７＜ｔ３４／ｆ＜４．４              ・・・（２）
の各条件式を満足する請求項３に記載の投写レンズ。
【請求項１２】
前記絞りが、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に配置された請求項１１に記載の投写レンズ。
【請求項１３】
前記第１レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、前記スクリーン側に凸面を向け、少なくとも１面が非球面である負メニスカスレンズと、負レンズとからなり、
前記第２レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、正レンズと、負レンズと正レンズとの接合レンズと、前記スクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなり、
前記第３レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、前記スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズと、正レンズと負レンズとの接合レンズと、正レンズと、正レンズとからなり、
前記第４レンズ群が、１枚の正レンズからなる請求項１１に記載の投写レンズ。
【請求項１４】
前記第１レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、前記スクリーン側に凸面を向け、少なくとも１面が非球面である負メニスカスレンズと、負レンズとからなり、
前記第２レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、正レンズと、前記スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、前記スクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなり、
前記第３レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、負レンズと正レンズとの第１の接合レンズと、負レンズと正レンズとの第２の接合レンズと、正レンズとからなり、
前記第４レンズ群が、１枚の正レンズからなる請求項１１に記載の投写レンズ。
【請求項１５】
前記第１レンズ群の前記スクリーンに最も近い位置に配されるレンズが非球面レンズである請求項１１〜１４のいずれかに記載の投写レンズ。
【請求項１６】
前記補助レンズ群は、前記スクリーン側に凸面を向けた１枚の平凸レンズからなる請求項３又は１１に記載の投写レンズ。
【請求項１７】
前記第３レンズ群の前記空間光変調素子に最も近い位置に配されるレンズが異常分散硝子からなる請求項１１〜１４のいずれかに記載の投写レンズ。
【請求項１８】
前記第４レンズ群と前記像面との間の軸上空気間隔をｄとしたとき、
１．６＜ｔ３４／ｄ＜２．６              ・・・（３）
４．２＜（ｔ３４＋ｄ）／ｆ＜６．０      ・・・（４）
の各条件式を満足する請求項１１〜１４のいずれかに記載の投写レンズ。
【請求項１９】
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、
−２．９＜ｆ１／ｆ＜−２．１              ・・・（５）
７．３＜ｆ２／ｆ＜１４．５              ・・・（６）
５．７＜ｆ３／ｆ＜７．５                ・・・（７）
の各条件式を満足する請求項１１〜１４のいずれかに記載の投写レンズ。
【請求項２０】
前記光路折り曲げ手段が誘電体多層膜ミラーである請求項４に記載の投写レンズ。
【請求項２１】
前記第２レンズ群に含まれる前記接合レンズを構成する前記正レンズのアッベ数と屈折率をν２ｐ、ｎ２ｐ、前記第２レンズ群に含まれる前記接合レンズを構成する前記負レンズのアッベ数と屈折率をν２ｎ、ｎ２ｎとしたとき、
ν２ｐ＜ν２ｎ                          ・・・（８）
ｎ２ｐ＜ｎ２ｎ                          ・・・（９）
の各条件式を満足する請求項１３に記載の投写レンズ。
【請求項２２】
前記第３レンズ群に含まれる前記接合レンズを構成する前記正レンズのアッベ数と屈折率をν３ｐ、ｎ３ｐ、前記第３レンズ群に含まれる前記接合レンズを構成する前記負レンズのアッベ数と屈折率をν３ｎ、ｎ３ｎとしたとき、
ν３ｐ＞ν３ｎ                          ・・・（１０）
ｎ３ｐ＜ｎ３ｎ                          ・・・（１１）
の各条件式を満足する請求項１３又は１４に記載の投写レンズ。
【請求項２３】
映像信号に応じた光学像を形成する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子を照明する照明手段と、
前記空間光変調素子上に形成された前記光学像をスクリーン上に投影する投写レンズとを備えた投写型表示装置であって、
前記投写レンズとして請求項１〜２２のいずれかに記載の投写レンズを用いることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２４】
前記空間光変調素子が、複数の微小ミラーを二次元的に配列してなるＤＭＤ（Digital Micro-Mirror Device）である請求項２３に記載の投写型表示装置。
【請求項２５】
前記投写レンズの前記スクリーン側に、視野絞りをさらに備えた請求項２３に記載の投写型表示装置。
【請求項２６】
前記照明手段は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色光が時間的に切り替わる照明光を形成し、前記空間光変調素子は、前記三原色光に対応した前記光学像を時間的に切り替えて表示する請求項２３に記載の投写型表示装置。
【請求項２７】
投写型表示装置と、
前記投写型表示装置からの投写画像を映し出す透過型スクリーンとを備えた背面投写型表示装置であって、
前記投写型表示装置として請求項２３〜２６のいずれかに記載の投写型表示装置を用いることを特徴とする背面投写型表示装置。
【請求項２８】
前記投写型表示装置と前記透過型スクリーンとの間に、光路を折り曲げるための反射手段をさらに備えた請求項２７に記載の背面投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調素子上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズ、並びにこの投写レンズを用いた投写型表示装置及び背面投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大画面用の映像機器として、各種の空間光変調素子を用いた投写型表示装置が知られている。そして、最近では、ＤＭＤ（Digital Micro-Mirror Device）のような表示効率の高い反射型の空間光変調素子が注目されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２９に、空間光変調素子としてＤＭＤを用いた投写型表示装置の構成を示す。図２９Ａは平面図、図２９Ｂは側面図をそれぞれ示している。また、図３０に、ＤＭＤの動作原理を説明するための概略図を示す。
【０００４】
図２９に示すように、当該投写型表示装置は、白色光を放射するランプ２５１と、ランプ２５１からの放射光を集光する楕円面鏡２５２と、ランプ２５１からの放射光から紫外線と赤外線を取り除くＵＶ−ＩＲカットフィルタ２５３と、楕円面鏡２５２の長焦点近傍に配置され、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色を順次選択的に透過させる回転型カラーフィルタ２５４と、集光レンズ２５６と、平面ミラー２５７と、入射光を変調して光学像を形成するＤＭＤ２５８と、ＤＭＤ２５８上に形成された光学像をスクリーン（図示せず）上に拡大投写する投写レンズ２５９とにより構成されている。
【０００５】
回転型カラーフィルタ２５４は、赤、緑、青のカラーフィルタを円盤状に組み合わせて構成されており、当該回転型カラーフィルタ２５４をモータ２５５で回転させることにより、楕円面鏡２５２で集光された光のうち、赤、緑、青の光を順次選択的に透過させることができる。そして、これにより、赤、緑、青の照明光が順次ＤＭＤ２５８上に供給される。
【０００６】
集光レンズ２５６は、回転型カラーフィルタ２５４を透過した発散光を集光して、ＤＭＤ２５８及び投写レンズ２５９に効率良く導く。
【０００７】
図３０に示すように、ＤＭＤ２５８は、画素ごとに設けられた微小ミラー２６１を２次元的に配列して構成されている。そして、画素ごとに、微小ミラー２６１の直下に配置されたメモリー素子の静電界作用によって当該微小ミラー２６１の傾きが制御され、入射光の反射角度が変化することによってＯＮ／ＯＦＦ状態が形成される。
【０００８】
ここで、ＤＭＤ面に対して微小ミラーが±１０度傾く場合について、図３１を参照しながら説明する。図３１はＤＭＤ上の微小ミラーの動作原理を示す模式図である。図３１に示すように、ＤＭＤに、その素子面の法線に対して２０度傾いた光２７２が入射すると、微小ミラー２６１がＯＮ状態（傾き角＋１０度）のとき、反射光２７３は投写レンズ２５９に入射し、スクリーン上に白の画素が表示される。一方、微小ミラー２６１がＯＦＦ状態（傾き角−１０度）のとき、反射光２７４は投写レンズ２５９に入射せず、スクリーン上には黒の画素が表示される。従って、各画素について、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えを時間的に制御することにより、階調表現が可能となる。また、同時に、供給される照明光の色に応じてＤＭＤを駆動させることにより、カラー表示が可能となる。
【０００９】
図３０に示すように、ＤＭＤ２５８上の各微小ミラー２６１は、表示領域の長軸２６２に対して、例えば、方位角４５度の方向に傾斜する。
【００１０】
図２９に示すように、平面ミラー２５７は、集光レンズ２５６から出射した光の光路を三次元的に折り返し、当該光をＤＭＤ２５８に所定の入射角で入射させるように配置されている。
【００１１】
尚、投写レンズ２５９と平面ミラー２５７などの光学部品との干渉を避けるため、照明光の光軸と投写光の光軸とのなす角は、できるだけ大きくする必要がある。そのため、ＤＭＤ２５８の中心軸２５８ａは、投写レンズ２５９の光軸２６０と一致しておらず、ＤＭＤ２５８と投写レンズ２５９とは光軸が互いにオフセット（シフト）した状態で配置されている。従って、投写レンズ２５９は、有効像円のうち、一部の画角のみを使用して、ＤＭＤ２５８上の光学像を投影している。
【００１２】
一般に、上記のような投写型表示装置に使用される投写レンズには、以下のことが要求される。
【００１３】
第１に、高い解像性能を備えていることが要求される。このことは、ハイビジョンなどの高精細画像を投影するために重要であり、そのためには、歪曲を含む良好な収差性能を有していることが必要である。
【００１４】
第２に、低Ｆナンバーを備えていることが要求される。このことは、明るい投写画像を得るために重要であり、そのためには、ライトバルブから出射する光を広い角度で集光できることが望まれる。
【００１５】
第３に、画面周辺まで高い開口効率を備えていることが要求される。このことは、投写画像の画面周辺部における光量低下を抑制するために重要である。
【００１６】
第４に、短い投写距離で大画面への投影を実現できることが要求される。すなわち、広角レンズであることが望まれ、そのためには、比較的焦点距離の短いレンズが必要となる。
【００１７】
第５に、十分長いバックフォーカス空間を備えていることが要求される。このことは、投写光と照明光とを分離し、光学部品の配置に十分な空間を確保する上で重要である。
【００１８】
第６に、画質と明るさの均一性が高いことが要求される。
【００１９】
実際のレンズ設計においては、これらの要求性能を、如何に合理的に、かつ、量産性の高い構成で実現するかが重要となる。
【００２０】
これに対して、従来の投写レンズ及びそれを用いた投写型表示装置には、以下のような課題があった。
【００２１】
一般に、より合理的な構成のレンズを実現する上で、Ｆナンバーを小さくすることと、より良好な収差性能を得ることとは相反する要求である。また、広角化を図ることと、長いバックフォーカスを確保することについても、同様である。
【００２２】
従って、上記要求性能を全て満たしつつ、合理的、かつ、量産性の高い投写レンズを実現することは困難であった。
【００２３】
また、従来、投写光と照明光との光路干渉、あるいは、投写レンズと平面ミラーなどの光学部品との干渉を避けるために、空間光変調素子と投写レンズとを、光軸が互いにオフセットした状態で配置し、オフセット投写することが一般的であった（図２９参照）。オフセット投写は、投写対象となる空間光変調素子の表示領域を、投写レンズの有効像円内でずらして投写する方法であり、この方法を用いた場合には、投写画像の画角対称性が損なわれる。その結果、オフセット投写を用いた場合には、投写画像の解像度と明るさが、その画面中心に対して非対称になるという課題があった。また、有効像円の一部の画角のみしか使用しないため、無駄が多くなり、合理化に反するものであった。さらに、透過型スクリーンを用いて構成される背面投写型表示装置においてオフセット投写を用いると、当該透過型スクリーンもオフセットする必要があり、合理性の点で、背面投写型表示装置にはオフセット投写は適さないという課題があった。
【００２４】
これに対して、従来、投写レンズと空間光変調素子（例えば、ＤＭＤ）との間に全反射プリズムを配置し、投写系のオフセットを不要とした構成（以下「正面投写」という）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−９８２７２号公報
【特許文献２】ＷＯ９８／２９７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかし、この構成は、全反射プリズムが非常に高価であるために、投写レンズを含む投写系の合理化に反するものであった。また、全反射プリズムは、その内部に微小な空気層を含んでいるため、その空気層のギャップ公差により、投写レンズの収差性能が著しく低下するという課題もあった。
【００２６】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、正面投写でありながら、良好な収差性能を示し、低Ｆナンバー、広角、長いバックフォーカス、高い周辺光量比、といった投写型表示装置に要求される仕様を合理的な構成で実現することのできる投写レンズを提供することを目的とする。また、本発明は、当該投写レンズを用いることにより、明るくて、高画質の画像表示が可能な投写型表示装置及び背面投写型表示装置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】
【００２７】
前記目的を達成するため、本発明に係る投写レンズの構成は、空間光変調素子上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズであって、
前記スクリーン側から像面側に向かって順に配置された、前側レンズ群と後側レンズ群とを備え、
前記後側レンズ群は、前記前側レンズ群と前記後側レンズ群とに共通の光軸に対して偏心した絞りを有し、
前記後側レンズ群を回転させることなく前記光軸方向に移動させることによってフォーカス調整を行うようにしたことを特徴とする。
【００２８】
前記本発明の投写レンズの構成においては、前記前側レンズ群を前記光軸方向に移動させることによって倍率調整を行うようにするのが好ましい。
【００２９】
前記本発明の投写レンズの構成においては、前記後側レンズ群と前記像面との間に、補助レンズ群をさらに備えているのが好ましい。また、この場合には、前記補助レンズ群は、前記スクリーン側に凸面を向けた１枚の平凸レンズからなるのが好ましい。
【００３０】
また、この場合には、前記前側レンズ群は、負パワーの第１レンズ群からなり、
前記後側レンズ群は、前記スクリーン側から順に配置された、正パワーの第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群とからなり、
前記補助レンズ群は、正パワーの第４レンズ群からなり、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の軸上空気間隔をｔ１２、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間の軸上空気間隔をｔ３４、全系の焦点距離をｆとしたとき、
６．２＜ｔ１２／ｆ＜１０．５            ・・・（１）
２．７＜ｔ３４／ｆ＜４．４              ・・・（２）
の各条件式を満足するのが好ましい。
【００３１】
この場合にはさらに、前記第１レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、前記スクリーン側に凸面を向け、少なくとも１面が非球面である負メニスカスレンズと、負レンズとからなり、
前記第２レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、正レンズと、負レンズと正レンズとの接合レンズと、前記スクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなり、
前記第３レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、前記スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズと、正レンズと負レンズとの接合レンズと、正レンズと、正レンズとからなり、
前記第４レンズ群が、１枚の正レンズからなるのが好ましい。
【００３２】
さらにこの場合には、前記第２レンズ群に含まれる前記接合レンズを構成する前記正レンズのアッベ数と屈折率をν２ｐ、ｎ２ｐ、前記第２レンズ群に含まれる前記接合レンズを構成する前記負レンズのアッベ数と屈折率をν２ｎ、ｎ２ｎとしたとき、
ν２ｐ＜ν２ｎ                          ・・・（８）
ｎ２ｐ＜ｎ２ｎ                          ・・・（９）
の各条件式を満足するのが好ましい。
【００３３】
さらにこの場合には、前記第３レンズ群に含まれる前記接合レンズを構成する前記正レンズのアッベ数と屈折率をν３ｐ、ｎ３ｐ、前記第３レンズ群に含まれる前記接合レンズを構成する前記負レンズのアッベ数と屈折率をν３ｎ、ｎ３ｎとしたとき、
ν３ｐ＞ν３ｎ                          ・・・（１０）
ｎ３ｐ＜ｎ３ｎ                          ・・・（１１）
の各条件式を満足するのが好ましい。
【００３４】
この場合にはさらに、前記第１レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、前記スクリーン側に凸面を向け、少なくとも１面が非球面である負メニスカスレンズと、負レンズとからなり、
前記第２レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、正レンズと、前記スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、前記スクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなり、
前記第３レンズ群が、前記スクリーン側から順に配置された、負レンズと正レンズとの第１の接合レンズと、負レンズと正レンズとの第２の接合レンズと、正レンズとからなり、
前記第４レンズ群が、１枚の正レンズからなるのが好ましい。
【００３５】
さらにこの場合には、前記第３レンズ群に含まれる前記接合レンズを構成する前記正レンズのアッベ数と屈折率をν３ｐ、ｎ３ｐ、前記第３レンズ群に含まれる前記接合レンズを構成する前記負レンズのアッベ数と屈折率をν３ｎ、ｎ３ｎとしたとき、
ν３ｐ＞ν３ｎ                          ・・・（１０）
ｎ３ｐ＜ｎ３ｎ                          ・・・（１１）
の各条件式を満足するのが好ましい。
【００３６】
この場合にはさらに、前記絞りが、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に配置されているのが好ましい。
【００３７】
この場合にはさらに、前記第１レンズ群の前記スクリーンに最も近い位置に配されるレンズが非球面レンズであるのが好ましい。
【００３８】
この場合にはさらに、前記補助レンズ群は、前記スクリーン側に凸面を向けた１枚の平凸レンズからなるのが好ましい。
【００３９】
この場合にはさらに、前記第３レンズ群の前記空間光変調素子に最も近い位置に配されるレンズが異常分散硝子からなるのが好ましい。
【００４０】
この場合にはさらに、前記第４レンズ群と前記像面との間の軸上空気間隔をｄとしたとき、
１．６＜ｔ３４／ｄ＜２．６              ・・・（３）
４．２＜（ｔ３４＋ｄ）／ｆ＜６．０      ・・・（４）
の各条件式を満足するのが好ましい。
【００４１】
この場合にはさらに、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、
−２．９＜ｆ１／ｆ＜−２．１              ・・・（５）
７．３＜ｆ２／ｆ＜１４．５              ・・・（６）
５．７＜ｆ３／ｆ＜７．５                ・・・（７）
の各条件式を満足するのが好ましい。
【００４２】
前記本発明の投写レンズの構成においては、前記前側レンズ群と前記後側レンズ群との間に、光路折り曲げ手段をさらに備えているのが好ましい。また、この場合には、前記絞りが、前記光路折り曲げ手段の前後の前記光軸を含む面に平行な方向あるいは垂直な方向に偏心しているのが好ましい。また、この場合には、前記光路折り曲げ手段の前後の前記光軸がなす角をθとしたとき、
４５度≦θ≦９０度                      ・・・（１３）
なる関係を満足するのが好ましい。また、この場合には、前記光路折り曲げ手段が誘電体多層膜ミラーであるのが好ましい。
【００４３】
前記本発明の投写レンズの構成においては、前記絞りの開口部が略楕円形状であるのが好ましい。また、この場合には、前記絞りの偏心量をＤ１、前記絞りの位置における有効開口半径をＤ２としたとき、
Ｄ１／Ｄ２＜０．５                      ・・・（１２）
の条件式を満足するのが好ましい。
【００４４】
前記本発明の投写レンズの構成においては、前記空間光変調素子の有効表示領域が長軸と短軸とを有する矩形状であり、前記絞りが前記長軸に沿った方向又は前記短軸に沿った方向に偏心しているのが好ましい。
【００４５】
また、本発明に係る投写型表示装置の構成は、映像信号に応じた光学像を形成する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子を照明する照明手段と、
前記空間光変調素子上に形成された前記光学像をスクリーン上に投影する投写レンズとを備えた投写型表示装置であって、
前記投写レンズとして前記本発明の投写レンズを用いることを特徴とする。
【００４６】
前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記空間光変調素子が、複数の微小ミラーを二次元的に配列してなるＤＭＤ（Digital Micro-Mirror Device）であるのが好ましい。
【００４７】
前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記投写レンズの前記スクリーン側に、視野絞りをさらに備えているのが好ましい。
【００４８】
前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記照明手段は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色光が時間的に切り替わる照明光を形成し、前記空間光変調素子は、前記三原色光に対応した前記光学像を時間的に切り替えて表示するのが好ましい。
【００４９】
また、本発明に係る背面投写型表示装置の構成は、投写型表示装置と、
前記投写型表示装置からの投写画像を映し出す透過型スクリーンとを備えた背面投写型表示装置であって、
前記投写型表示装置として前記本発明の投写型表示装置を用いることを特徴とする。
【００５０】
前記本発明の背面投写型表示装置の構成においては、前記投写型表示装置と前記透過型スクリーンとの間に、光路を折り曲げるための反射手段をさらに備えているのが好ましい。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、特にＤＭＤなどの反射型空間光変調素子を用いて正面投写を行う場合に適し、Ｆナンバーが２．０程度の明るい条件下でも良好な収差性能を示し、広角、長いバックフォーカス、高い周辺光量比、といった投写型表示装置に要求される仕様を合理的な構成で実現することのできる投写レンズを提供することができる。また、当該投写レンズを用いることにより、明るくて、高画質の画像表示が可能な、小型で低コストの投写型表示装置及び背面投写型表示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】
【００５２】
図１は本発明における投写レンズの基本構成を示す配置図、図２は本発明における投写レンズの他の構成（基本構成に光路折り曲げ手段が付加された構成）を示す配置図、図３は本発明における投写レンズのさらに他の構成（基本構成に補助レンズ群が付加された構成）を示す配置図、図４は本発明における投写レンズのさらに他の構成（基本構成に光路折り曲げ手段と補助レンズ群が付加された構成）を示す配置図である。
【００５３】
図１に示すように、空間光変調素子（像面５付近に配置）上に形成された光学像をスクリーン４上に拡大投写する本発明の投写レンズ１は、スクリーン４側から像面５側に向かって順に配置された、前側レンズ群２と後側レンズ群３とを備えている。
【００５４】
後側レンズ群３は、前側レンズ群２と後側レンズ群３とに共通の光軸７に対して偏心した絞り６を有している。
【００５５】
フォーカス調整は、後側レンズ群３を回転させることなく光軸７の方向に移動させることによって行われる。
【００５６】
また、倍率調整は、前側レンズ群２を光軸７の方向に移動させることによって行うのが望ましい。
【００５７】
また、図２に示すように、前側レンズ群２と後側レンズ群３との間に、光路折り曲げ手段としての平面ミラー８を配置する構成とすることもできる。そして、この場合も、前側レンズ群２と後側レンズ群３とに共通の光軸９、１０に対して、絞り６が偏心することとなる。尚、この場合、絞り６は、平面ミラー８の前後の光軸９、１０を含む面に平行な方向あるいは垂直な方向に偏心しているのが望ましい。
【００５８】
また、図３に示すように、前側レンズ群２と後側レンズ群３を主レンズ群１２として、主レンズ群１２と像面５との間に補助レンズ群１１を配置する構成とすることもできる。また、この場合においても、図４に示すように、前側レンズ群２と後側レンズ群３との間に、光路折り曲げ手段としての平面ミラー８を配置する構成とすることができる。
【００５９】
以下、具体的な実施の形態を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。まず、下記参考例１〜４において、絞りを偏心させない構成について説明し、次いで、下記第１の実施の形態において、絞りを偏心させた構成について説明する。
【００６０】
［参考例１］
図５は参考例１における投写レンズの構成を示す配置図である。
【００６１】
図５に示すように、本参考例における投写レンズ１３は、スクリーン４側から像面５側に向かって順に配置された、前側レンズ群としての、２枚のレンズＬ１、Ｌ２からなる負パワーの第１レンズ群Ｇ１と、後側レンズ群としての、４枚のレンズＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６からなる正パワーの第２レンズ群Ｇ２と、同じく後側レンズ群としての、６枚のレンズＬ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２からなる正パワーの第３レンズ群Ｇ３と、補助レンズ群としての、単レンズＬ１３からなる正パワーの第４レンズ群Ｇ４とにより構成されている。
【００６２】
また、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には、絞り１４が配置されている。
【００６３】
本参考例の投写レンズ１３において、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４と像面５とは、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４に共通の光軸７が像面５の中心を通るように配置されており、これにより空間光変調素子上に形成された光学像をスクリーン４上に正面投写することが可能となっている。尚、本明細書において、「光軸が像面の中心を通る」には、光軸が真に像面の中心を通る場合だけでなく、許容できる範囲の誤差を有している場合も含まれるものとする。
【００６４】
下記（表１）に、図５に示した投写レンズ１３の各レンズの具体的数値例を示す。
【００６５】
【表１】
2005128487.tif 000003
【００６６】
上記（表１）において、ｒｉはスクリーン４側から数えて第ｉ番目の面（第ｉ面）の曲率半径（ｍｍ）、ｄｉはスクリーン４側から数えて第ｉ番目の面（第ｉ面）と第（ｉ＋１）番目の面（第（ｉ＋１）面）との間の光軸７に沿った距離（軸上距離、面間隔）（ｍｍ）、ｎｉはスクリーン４側から数えて第ｉ番目のレンズのｄ線に対する屈折率、νｉはスクリーン４側から数えて第ｉ番目のレンズのｄ線に対するアッベ数を示している（後述する他の参考例及び実施の形態についても同様である）。
【００６７】
また、全系の焦点距離はｆ＝９．８５１ｍｍ、ＦナンバーはＦｎｏ．＝２．００、半画角はω＝４５．４度である。
【００６８】
第１レンズ群Ｇ１を構成するスクリーン４側のレンズＬ１の両面は非球面であり、非球面形状は、下記（数１）によって定義される（後述する他の参考例及び実施の形態についても同様である）。
【００６９】
【数１】
2005128487.tif 000004
【００７０】
但し、上記（数１）中、ｃｃは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数、ｒは曲率半径、ｘはサグ量（面の光軸方向の位置）、ｙは光軸からの高さを表わしている。上記（表１）には、これら非球面係数の具体的数値例も示している。
【００７１】
本参考例の投写レンズ１３においては、全系の焦点距離をｆ、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の軸上距離（軸上空気間隔）をｔ１２、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の軸上空気間隔をｔ３４としたとき、
６．２＜ｔ１２／ｆ＜１０．５            ・・・（１）
２．７＜ｔ３４／ｆ＜４．４              ・・・（２）
の各条件式を満足するのが望ましい。
【００７２】
上記式（１）、（２）は、良好な収差性能の下、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間、及び、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間に比較的長い空気間隔を確保するための条件式である。上記式（１）の上限値を超えると、レンズ長が長くなりすぎて、投写レンズ１３が大型化すると同時に、画角の大きい部分で口径蝕が大きくなって、画面周辺部の明るさが低下する。また、上記式（１）の下限値を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の負パワーが大きくなりすぎるために、特に歪曲収差、コマ収差の補正が困難となる。また、このように上記式（１）の下限値を下回ると、例えば、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に光路折り曲げ用の平面ミラーを配置するなどの、実用上の応用が困難となる。また、上記式（２）の上限値を超えると、バックフォーカスが長くなりすぎて、収差の補正が困難となる。また、上記式（２）の下限値を下回ると、投写レンズ１３と照明用の光学部品とが干渉し易くなって、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間に照明用の光学部品を配置することが困難となる。
【００７３】
また、本参考例の投写レンズ１３においては、第４レンズ群Ｇ４と像面５との間の軸上空気間隔をｄとしたとき、
１．６＜ｔ３４／ｄ＜２．６              ・・・（３）
４．２＜（ｔ３４＋ｄ）／ｆ＜６．０      ・・・（４）
の各条件式を満足するのが望ましい。このように上記式（３）、（４）を満足するするように設計すれば、投写レンズ１３のさらなる高性能化を図ることができ、その適用範囲も広くなる。
【００７４】
上記式（３）、（４）は、良好な収差性能の下、コントラストの低下や照明用の光学部品との干渉などの、照明系と組み合わせた実使用状態での課題に対処するための条件式である。上記式（３）の上限値を超えると、第４レンズ群Ｇ４と像面５とが接近しすぎるために、像面５付近に配置される空間光変調素子と第４レンズ群Ｇ４との間の不要な反射によって迷光が発生し、ゴーストの発生やコントラストの低下を招く。また、上記式（３）の下限値を下回ると、第４レンズ群Ｇ４の口径が大きくなるために、第４レンズ群Ｇ４を構成する単レンズＬ１３が大型化し、コストアップに繋がる。また、上記式（４）の上限値を超えると、バックフォーカスが長くなりすぎて、収差の補正が困難となる。また、この場合に、十分な収差補正を行おうとすると、十分なレンズ全長が必要となるため、投写レンズ１３が大型化する。また、上記式（４）の下限値を下回ると、バックフォーカスが短くなり、実使用状態において投写レンズ１３と照明用の光学部品とが干渉し易くなる。
【００７５】
また、本参考例の投写レンズ１３においては、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、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３としたとき、
−２．９＜ｆ１／ｆ＜−２．１              ・・・（５）
７．３＜ｆ２／ｆ＜１４．５              ・・・（６）
５．７＜ｆ３／ｆ＜６．９                ・・・（７）
の各条件式を満足するのが望ましい。
【００７６】
上記式（５）〜（７）は、収差性能をさらに補填するための条件式であり、これらの条件式（５）〜（７）を満足することにより、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３のパワー配分を適切に設定して、より高い結像性能を得ることが可能となる。
【００７７】
下記（表２）に、以上説明した本参考例の投写レンズ１３に関する上記条件式の数値を示す。
［表２］
ｔ１２／ｆ＝９．９    ｔ３４／ｆ＝４．０
ｔ３４／ｄ＝２．４    （ｔ３４＋ｄ）／ｆ＝５．７
ｆ１／ｆ＝−２．７  ｆ２／ｆ＝１３．９  ｆ３／ｆ＝６．５
第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離ｆ１２は、正である方が収差の補正には望ましい。合成焦点距離ｆ１２が負になるということは、第１レンズ群Ｇ１の負パワーが大きくなることを意味するので、歪曲収差やコマ収差が大きくなる。本参考例の投写レンズ１３の場合、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離はｆ１２＝２７６８ｍｍである。
【００７８】
図６に、図５に示した投写レンズ１３の収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。尚、球面収差図において、実線はｅ線（５４６ｎｍ）に対する値、長い破線はＣ線（６５６ｎｍ）に対する値、短い破線はＦ線（４８６ｎｍ）に対する値をそれぞれ示している。また、非点収差図において、実線はサジタル方向（ｓ）の値、破線はメリジオナル方向（ｍ）の値をそれぞれ示している（後述する他の参考例及び実施の形態についても同様である）。
【００７９】
図６に示す収差性能図から明らかなように、本参考例の投写レンズ１３は、上記した諸条件を満たすことにより、十分な収差補正がなされ、良好な結像性能が得られていることが分かる。
【００８０】
［参考例２］
図７は参考例２における投写レンズの構成を示す配置図である。本参考例の投写レンズ１５は、第１レンズ群Ｇ１から第４レンズ群Ｇ４までの基本構成、及び、光軸７と像面５との位置関係において、上記参考例１の投写レンズ１３と同様である。
【００８１】
本参考例の投写レンズ１５が上記参考例１の投写レンズ１３と異なる点は、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４を構成するレンズのパワー配分、及び面間隔などのパラメータである。
【００８２】
下記（表３）に、図７に示した投写レンズ１５の各レンズの具体的数値例を示す。
【００８３】
【表３】
2005128487.tif 000005
【００８４】
また、全系の焦点距離はｆ＝１０．３７７ｍｍ、ＦナンバーはＦｎｏ．＝２．０３、半画角はω＝４４．０度である。
【００８５】
本参考例の投写レンズ１５においても、上記各条件式（１）〜（７）を満足するのが望ましい。
【００８６】
下記（表４）に、本参考例の投写レンズ１５に関する上記条件式の数値を示す。
［表４］
ｔ１２／ｆ＝６．５    ｔ３４／ｆ＝３．０
ｔ３４／ｄ＝１．９    （ｔ３４＋ｄ）／ｆ＝４．６
ｆ１／ｆ＝−２．２  ｆ２／ｆ＝８．４  ｆ３／ｆ＝６．６
図８に、図７に示した投写レンズ１５の収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。
【００８７】
図８に示す収差性能図から明らかなように、本参考例の投写レンズ１５は、上記した諸条件を満たすことにより、十分な収差補正がなされ、良好な結像性能が得られていることが分かる。
【００８８】
［参考例３］
図９は参考例３における投写レンズの構成を示す配置図である。本参考例の投写レンズ１６は、第１レンズ群Ｇ１から第４レンズ群Ｇ４までの基本構成、及び、光軸７と像面５との位置関係において、上記参考例１の投写レンズ１３と同様である。
【００８９】
本参考例の投写レンズ１６が上記参考例１の投写レンズ１３と異なる点は、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４を構成するレンズのパワー配分、及び面間隔などのパラメータである。
【００９０】
下記（表５）に、図９に示した投写レンズ１６の各レンズの具体的数値例を示す。
【００９１】
【表５】
2005128487.tif 000006
【００９２】
また、全系の焦点距離はｆ＝１１．１８１ｍｍ、ＦナンバーはＦｎｏ．＝２．０２、半画角はω＝４３．５度である。
【００９３】
本参考例の投写レンズ１６においても、上記各条件式（１）〜（７）を満足するのが望ましい。
【００９４】
下記（表６）に、本参考例の投写レンズ１６に関する上記条件式の数値を示す。
［表６］
ｔ１２／ｆ＝７．１    ｔ３４／ｆ＝２．９
ｔ３４／ｄ＝１．９    （ｔ３４＋ｄ）／ｆ＝４．５
ｆ１／ｆ＝−２．３  ｆ２／ｆ＝７．７  ｆ３／ｆ＝６．２
図１０に、図９に示した投写レンズ１６の収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。
【００９５】
図１０に示す収差性能図から明らかなように、本参考例の投写レンズ１６は、上記した諸条件を満たすことにより、十分な収差補正がなされ、良好な結像性能が得られていることが分かる。
【００９６】
［参考例４］
図１１は参考例４における投写レンズの構成を示す配置図である。本参考例の投写レンズ１７は、第１レンズ群Ｇ１から第４レンズ群Ｇ４までの基本構成、及び、光軸７と像面５との位置関係において、上記参考例１の投写レンズ１３と同様である。
【００９７】
本参考例の投写レンズ１７が上記参考例１の投写レンズ１３と異なる点は、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４を構成するレンズのパワー配分、及び面間隔などのパラメータである。
【００９８】
下記（表７）に、図１１に示した投写レンズ１７の各レンズの具体的数値例を示す。
【００９９】
【表７】
2005128487.tif 000007
【０１００】
また、全系の焦点距離はｆ＝９．４９５ｍｍ、ＦナンバーはＦｎｏ．＝２．０１、半画角はω＝４６．５度である。
【０１０１】
本参考例の投写レンズ１７においても、上記各条件式（１）〜（７）を満足するのが望ましい。
【０１０２】
下記（表８）に、本参考例の投写レンズ１７に関する上記条件式の数値を示す。
［表８］
ｔ１２／ｆ＝７．９    ｔ３４／ｆ＝３．３
ｔ３４／ｄ＝１．９    （ｔ３４＋ｄ）／ｆ＝５．０
ｆ１／ｆ＝−２．４  ｆ２／ｆ＝９．３  ｆ３／ｆ＝６．２
図１２に、図１１に示した投写レンズ１７の収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。
【０１０３】
図１２に示す収差性能図から明らかなように、本参考例の投写レンズ１７は、上記した諸条件を満たすことにより、十分な収差補正がなされ、良好な結像性能が得られていることが分かる。
【０１０４】
［第１の実施の形態］
図１３は本発明の第１の実施の形態における投写レンズの構成を示す配置図である。本実施の形態の投写レンズ１８は、第１レンズ群Ｇ１から第４レンズ群Ｇ４までの基本構成、及び、光軸７と像面５との位置関係において、上記参考例１の投写レンズ１３と同様である。
【０１０５】
本実施の形態の投写レンズ１８が上記参考例１の投写レンズ１３と異なる点は、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４を構成するレンズのパワー配分、及び面間隔などのパラメータと、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４に共通の光軸７に対して絞り１４の開口部が偏心している点である。
【０１０６】
下記（表９）に、図１３に示した投写レンズ１８の各レンズの具体的数値例を示す。
【０１０７】
【表９】
2005128487.tif 000008
【０１０８】
また、全系の焦点距離はｆ＝９．６７４ｍｍ、ＦナンバーはＦｎｏ．＝２．０１、半画角はω＝４６．０度である。
【０１０９】
以下、絞り１４の具体的形状について、図１４を参照しながら説明する。図１４は本発明の第１の実施の形態における投写レンズに用いられる絞りを光軸方向から見た状態を示す概略図である。
【０１１０】
図１４中、Ｄ１は絞り１４の偏心量、Ｄ２は絞り１４の位置における有効開口半径をそれぞれ示している。図１４に示すように、絞り１４の開口部１９は、Ｄ２を半径とする円形外周部２２と半楕円２１とで囲まれた、斜線で示す略楕円形状の領域である（以下「楕円開口」ともいう）。半楕円２１は、長軸Ａと短軸Ｂ（偏心方向）とで決まる楕円の長軸Ａで二等分された片側部分であり、半楕円２１の中心２０を投写レンズ１８の光軸７に対してＤ１だけ偏心させている。
【０１１１】
このように、本実施の形態の投写レンズ１８においては、絞り１４が偏心しているため、フォーカス調整の際に絞り１４が回転すると、各画角の結像性能も絞り１４に追随して回転する。従って、本実施の形態の投写レンズ１８において、フォーカス調整は、光軸７に対して絞り１４が回転しないようにして行われる。具体的には、絞り１４は、後側レンズ群としての第２レンズ群Ｇ２又は第３レンズ群Ｇ３に固定され、これら後側レンズ群としての第２及び第３レンズ群Ｇ２、Ｇ３を回転させることなく光軸７の方向に移動させることによってフォーカス調整が行われる。
【０１１２】
絞り１４の偏心量Ｄ１は、照明用の光学部品の配置、照明光の入射角、明るさ、収差性能、などを考慮して、適切に設定すればよい。
【０１１３】
本実施の形態においては、長軸Ａ＝２０．８ｍｍ、短軸Ｂ＝１２．６ｍｍ、絞り１４の偏心量Ｄ１＝５．４ｍｍ、絞り１４の位置における有効開口半径Ｄ２＝１１．７ｍｍに設定されている。
【０１１４】
本実施の形態におけるＦナンバー（Ｆｎｏ．＝２．０１）は、図１４に示す円形外周部２２の全域を考慮した値であり、投写レンズ１８が許容できる最大集光範囲を示している。従って、偏心させた絞り１４の開口部１９に対する実効的なＦナンバーは、約３．０である。
【０１１５】
本実施の形態の投写レンズ１８においても、上記各条件式（１）〜（７）を満足するのが望ましいが、本実施の形態の投写レンズ１８においては、さらに
Ｄ１／Ｄ２＜０．５                      ・・・（１２）
の条件式を満足するのが望ましい。
【０１１６】
上記式（１２）は、絞り１４に最適な偏心量を設定するための条件式である。上記式（１２）の上限値を超えると、絞り１４の偏心量が大きくなりすぎるために光軸７に対する対称性が大きく損なわれ、結像性能の非対称性が顕著になるので望ましくない。また、上記式（１２）の上限値を超えると、絞り１４において、円形外周部２２の全域に対する開口部１９の割合が小さくなる。このことは、投写レンズ１８が性能上許容できる最大集光範囲に対して、実際に使用できる範囲が小さくなることを意味しており、絞り１４において、無駄な領域が増加してしまう。
【０１１７】
尚、倍率調整は、前側レンズ群としての第１レンズ群Ｇ１を光軸７の方向に移動させることによって行われる。本レンズはズームレンズではないので、ここでいう倍率調整とは、フォーカス調整によって発生する倍率の変化を補正することを意味しており、以下、同様である。
【０１１８】
下記（表１０）に、本実施の形態の投写レンズ１８に関する上記条件式の数値を示す。
［表１０］
ｔ１２／ｆ＝８．０    ｔ３４／ｆ＝３．２
ｔ３４／ｄ＝２．０    （ｔ３４＋ｄ）／ｆ＝４．８
ｆ１／ｆ＝−２．４  ｆ２／ｆ＝１０．３  ｆ３／ｆ＝６．０
Ｄ１／Ｄ２＝０．４６
図１５に、図１３に示した投写レンズ１８の収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。ここでは、円形外周部２２の全域を絞りとみなした場合の収差性能を示している。楕円開口の場合には、その一部分を使用することになるので、円形外周部２２の全域に対して十分な収差補正がなされていれば、楕円開口であっても、良好な結像性能を得ることができる。
【０１１９】
図１５に示す収差性能図から明らかなように、本実施の形態の投写レンズ１８は、上記した諸条件を満たすことにより、十分な収差補正がなされ、良好な結像性能が得られていることが分かる。従って、本実施の形態の投写レンズ１８は、上記（数１２）によって規定される偏心量の範囲内においても、良好な結像性能を示し、その対称性が損なわれることはない。
【０１２０】
以上説明した本実施の形態の投写レンズ１８の構成によれば、Ｆナンバーが２．０程度の明るい条件下でも良好な収差性能を示し、広角、長いバックフォーカス、高い周辺光量比、といった投写型表示装置に要求される仕様を合理的な構成で実現することのできる投写レンズを提供することができる。特に、『絞り１４を偏心させる』という構成を採用することにより、オフセット投写しなくても投写レンズ１８と他の光学部品（例えば、照明用のミラーなど）との干渉を避けることができるので、特にＤＭＤなどの反射型空間光変調素子を用いて正面投写を行うことが可能となる。
【０１２１】
以下、絞りを偏心させた構成の投写レンズのさらなる実施の形態を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する（第２〜第４の実施の形態）。
【０１２２】
［第２の実施の形態］
図１６は本発明の第２の実施の形態における投写レンズの構成を示す配置図である。
【０１２３】
図１６に示すように、本実施の形態の投写レンズ２３は、スクリーン４側から像面５側に向かって順に配置された、前側レンズ群としての、２枚のレンズＬ１、Ｌ２からなる負パワーの第１レンズ群Ｇ１と、後側レンズ群としての、３枚のレンズＬ３、Ｌ４、Ｌ５からなる正パワーの第２レンズ群Ｇ２と、同じく後側レンズ群としての、５枚のレンズＬ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０からなる正パワーの第３レンズ群Ｇ３と、補助レンズ群としての、単レンズＬ１１からなる正パワーの第４レンズ群Ｇ４とにより構成されている。
【０１２４】
第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間には、光路折り曲げ手段としての平面ミラー８が配置されている。平面ミラー８の前後の光軸９、１０がなす角をθとしたとき、
４５度≦θ≦９０度                      ・・・（１３）
なる関係を満足するのが望ましい。
【０１２５】
上記式（１３）の上限値を超えると、光路の折り曲げに必要な第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が大きくなるために、投写レンズ２３の全長が長くなり、投写レンズ２３の大型化や周辺光量の低下を招く。また、上記式（１３）の下限値を下回ると、平面ミラー８に必要な有効反射面積が大きくなるために、平面ミラー８の大型化を招く。
【０１２６】
本実施の形態においては、θ＝７０度に設定されている。
【０１２７】
平面ミラー８としては、できるだけ反射率の高いものを用いるのが望ましい。反射率が低い場合には、投写レンズ２３の鏡筒内部で多くの不要光が発生し、フレアーの発生やコントラストの低下を招く。そのため、平面ミラー８としては、その反射面に誘電体多層膜を蒸着した誘電体多層膜ミラーなどを用いるのが望ましい。誘電体多層膜ミラーは、反射率が高く、それを用いることによって鏡筒内部での不要光の発生を抑制することができる。
【０１２８】
絞り１４は、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に配置されており、平面ミラー８の前後の前側レンズ群と後側レンズ群とに共通の光軸９、１０に対して偏心した開口部を有している。絞り１４の具体的な開口形状及び偏心量は、上記第１の実施の形態で説明したものと同様に適切に設定され、本実施の形態においては、長軸Ａ＝１７．０ｍｍ、短軸Ｂ＝１２．０ｍｍ、絞り１４の偏心量Ｄ１＝３．０ｍｍ、絞り１４の位置における有効開口半径Ｄ２＝９．０ｍｍに設定されている（図１４参照）。
【０１２９】
本実施の形態の投写レンズ２３において、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４と像面５とは、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４に共通の光軸９、１０が像面５の中心を通るように配置されており、これにより空間光変調素子上に形成された光学像をスクリーン４上に正面投写することが可能となっている。
【０１３０】
下記（表１１）に、図１６に示した投写レンズ２３の各レンズの具体的数値例を示す。
【０１３１】
【表１１】
2005128487.tif 000009
【０１３２】
また、全系の焦点距離はｆ＝７．０９８ｍｍ、ＦナンバーはＦｎｏ．＝２．０３、半画角はω＝４５．０度である。
【０１３３】
尚、偏心させた絞り１４の開口部に対する実効的なＦナンバーは、約２．６である。
【０１３４】
本実施の形態の投写レンズ２３においても、上記各条件式（１）〜（８）を満足するのが望ましい。
【０１３５】
下記（表１２）に、本実施の形態の投写レンズ２３に関する上記条件式の数値を示す。
［表１２］
ｔ１２／ｆ＝９．２    ｔ３４／ｆ＝３．５
ｔ３４／ｄ＝２．４    （ｔ３４＋ｄ）／ｆ＝５．０
ｆ１／ｆ＝−２．３  ｆ２／ｆ＝７．７  ｆ３／ｆ＝７．１
Ｄ１／Ｄ２＝０．３３
図１７に、図１６に示した投写レンズ２３の収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。
【０１３６】
図１７に示す収差性能図から明らかなように、本実施の形態の投写レンズ２３は、上記した諸条件を満たすことにより、十分な収差補正がなされ、良好な結像性能が得られていることが分かる。
【０１３７】
以上説明した本実施の形態の投写レンズ２３の構成によれば、特にＤＭＤなどの反射型空間光変調素子を用いて正面投写を行う場合に適し、Ｆナンバーが２．０程度の明るい条件下でも良好な収差性能を示し、広角、長いバックフォーカス、高い周辺光量比、といった投写型表示装置に要求される仕様を合理的な構成で実現することのできる投写レンズを提供することができる。
【０１３８】
［第３の実施の形態］
図１８は本発明の第３の実施の形態における投写レンズの構成を示す配置図である。
【０１３９】
図１８に示すように、本実施の形態の投写レンズ２４は、上記第２の実施の形態の投写レンズ２３と同様に、スクリーン４側から像面５側に向かって順に配置された、前側レンズ群としての、２枚のレンズＬ１、Ｌ２からなる負パワーの第１レンズ群Ｇ１と、後側レンズ群としての、３枚のレンズＬ３、Ｌ４、Ｌ５からなる正パワーの第２レンズ群Ｇ２と、同じく後側レンズ群としての、５枚のレンズＬ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０からなる正パワーの第３レンズ群Ｇ３と、補助レンズ群としての、単レンズＬ１１からなる正パワーの第４レンズ群Ｇ４とにより構成されている。
【０１４０】
また、上記第２の実施の形態の投写レンズ２３と同様に、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間には、光路折り曲げ手段としての平面ミラー８が配置されている。平面ミラー８の前後の光軸９、１０がなす角θは、上記第２の実施の形態で説明したものと同様に適切に設定され、本実施の形態においては、θ＝６０度に設定されている。
【０１４１】
絞り１４は、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に配置されており、平面ミラー８の前後の前側レンズ群と後側レンズ群とに共通の光軸９、１０に対して偏心した開口部を有している。
【０１４２】
本実施の形態においては、絞り１４を、平面ミラー８の前後の光軸９、１０を含む面（紙面）に垂直な方向に偏心させている。すなわち、空間光変調素子としてのＤＭＤの有効表示領域が長軸と短軸とを有する矩形状であるとき、絞り１４は、前記長軸に沿った方向に偏心している。絞り１４の具体的な開口形状及び偏心量は、上記第１の実施の形態で説明したものと同様に適切に設定され、本実施の形態においては、長軸Ａ＝１５．３ｍｍ、短軸Ｂ＝１０．２ｍｍ、絞り１４の偏心量Ｄ１＝３．２ｍｍ、絞り１４の位置における有効開口半径Ｄ２＝８．３ｍｍに設定されている（図１４参照）。
【０１４３】
本実施の形態の投写レンズ２４において、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４と像面５とは、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４に共通の光軸９、１０が像面５の中心を通るように配置されており、これにより空間光変調素子上に形成された光学像をスクリーン４上に正面投写することが可能となっている。
【０１４４】
以下、本実施の形態における投写レンズ２４のレンズ構成について、より具体的に説明する。
【０１４５】
第１レンズ群Ｇ１は、スクリーン４側から順に配置された、スクリーン４側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２とからなり、全体として負の屈折力を有している。負メニスカスレンズＬ１は、その両面が非球面となっている。最も軸外光線の高くなる、第１レンズ群Ｇ１のスクリーン４に最も近い位置に、非球面を配置することにより、第１レンズ群Ｇ１で発生する大きな歪曲収差を補正すると同時に、軸外の諸収差のバランスを適切に制御することができる。
【０１４６】
第２レンズ群Ｇ２は、スクリーン４側から順に配置された、正レンズＬ３と、スクリーン４側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と、スクリーン４側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５とからなり、全体として正の屈折力を有している。
【０１４７】
第３レンズ群Ｇ３は、スクリーン４側から順に配置された、負レンズＬ６と正レンズＬ７との第１の接合レンズと、負レンズＬ８と正レンズＬ９との第２の接合レンズと、正レンズＬ１０とからなり、全体として正の屈折力を有している。
【０１４８】
第３レンズ群Ｇ３の像面５（空間光変調素子）に最も近い位置に配置された正レンズＬ１０は、異常分散硝子からなっている。この部分に異常分散硝子を使用することにより、他の接合レンズでは補正しきれない軸外の色収差を補正することが可能となる。
【０１４９】
第４レンズ群Ｇ４は、スクリーン４側に凸面を向けた１枚の平凸レンズＬ１１からなり、正の屈折力を有している。
【０１５０】
下記（表１３）に、図１８に示した投写レンズ２４の各レンズの具体的数値例を示す。
【０１５１】
【表１３】
2005128487.tif 000010
【０１５２】
また、全系の焦点距離はｆ＝７．１０４ｍｍ、ＦナンバーはＦｎｏ．＝２．０２、半画角はω＝４５．０度である。
【０１５３】
尚、偏心させた絞り１４の開口部に対する実効的なＦナンバーは、約２．７である。
【０１５４】
本実施の形態の投写レンズ２４においても、上記各条件式（１）〜（８）を満足するのが望ましい。
【０１５５】
下記（表１４）に、本実施の形態の投写レンズ２４に関する上記条件式の数値を示す。
［表１４］
ｔ１２／ｆ＝８．２    ｔ３４／ｆ＝３．１
ｔ３４／ｄ＝１．８    （ｔ３４＋ｄ）／ｆ＝４．９
ｆ１／ｆ＝−２．４  ｆ２／ｆ＝８．８  ｆ３／ｆ＝６．１
Ｄ１／Ｄ２＝０．３９
図１９に、図１８に示した投写レンズ２４の収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。
【０１５６】
図１９に示す収差性能図から明らかなように、本実施の形態の投写レンズ２４は、上記した諸条件を満たすことにより、十分な収差補正がなされ、良好な結像性能が得られていることが分かる。
【０１５７】
本実施の形態の投写レンズ２４においては、第３レンズ群Ｇ３に含まれる接合レンズを構成する正レンズＬ７のアッベ数と屈折率をν３ｐ、ｎ３ｐ、第３レンズ群Ｇ３に含まれる接合レンズを構成する負レンズＬ６のアッベ数と屈折率をν３ｎ、ｎ３ｎとしたとき、
ν３ｐ＞ν３ｎ                          ・・・（１０）
ｎ３ｐ＜ｎ３ｎ                          ・・・（１１）
の各条件式を満足するのが望ましい。
【０１５８】
これらの条件式を満足することにより、軸外の色収差を効果的に補正することができる。
【０１５９】
以上説明した本実施の形態の投写レンズ２４の構成によれば、特にＤＭＤなどの反射型空間光変調素子を用いて正面投写を行う場合に適し、Ｆナンバーが２．０程度の明るい条件下でも良好な収差性能を示し、広角、長いバックフォーカス、高い周辺光量比、といった投写型表示装置に要求される仕様を合理的な構成で実現することのできる投写レンズを提供することができる。
【０１６０】
［第４の実施の形態］
図２０は本発明の第４の実施の形態における投写レンズの構成を示す配置図である。
【０１６１】
図２０に示すように、本実施の形態の投写レンズ２５は、スクリーン４側から像面５側に向かって順に配置された、前側レンズ群としての、２枚のレンズＬ１、Ｌ２からなる負パワーの第１レンズ群Ｇ１と、後側レンズ群としての、４枚のレンズＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６からなる正パワーの第２レンズ群Ｇ２と、同じく後側レンズ群としての、６枚のレンズＬ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２からなる正パワーの第３レンズ群Ｇ３と、単レンズＬ１３からなる正パワーの第４レンズ群Ｇ４とにより構成されている。
【０１６２】
また、上記第２の実施の形態の投写レンズ２３と同様に、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間には、光路折り曲げ手段としての平面ミラー８が配置されている。平面ミラー８の前後の光軸９、１０がなす角θは、上記第２の実施の形態で説明したものと同様に適切に設定され、本実施の形態においては、θ＝６５度に設定されている。
【０１６３】
絞り１４は、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に配置されており、平面ミラー８の前後の前側レンズ群と後側レンズ群とに共通の光軸９、１０に対して偏心した開口部を有している。
【０１６４】
本実施の形態においては、絞り１４を、平面ミラー８の前後の光軸９、１０を含む面（紙面）に平行でかつ光軸１０に垂直な方向に偏心させている。すなわち、空間光変調素子としてのＤＭＤの有効表示領域が長軸と短軸とを有する矩形状であるとき、絞り１４は、前記短軸に沿った方向に偏心している。絞り１４の具体的な開口形状及び偏心量は、上記第１の実施の形態で説明したものと同様に適切に設定され、本実施の形態においては、長軸Ａ＝２２．２ｍｍ、短軸Ｂ＝１４．８ｍｍ、絞り１４の偏心量Ｄ１＝４．６ｍｍ、絞り１４の位置における有効開口半径Ｄ２＝１２．０ｍｍに設定されている（図１４参照）。
【０１６５】
本実施の形態の投写レンズ２５において、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４と像面５とは、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４に共通の光軸９、１０が像面５の中心を通るように配置されており、これにより空間光変調素子上に形成された光学像をスクリーン４上に正面投写することが可能となっている。
【０１６６】
以下、本実施の形態における投写レンズ２５のレンズ構成について、より具体的に説明する。
【０１６７】
第１レンズ群Ｇ１は、スクリーン４側から順に配置された、スクリーン４側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２とからなっており、全体として負の屈折力を有している。負メニスカスレンズＬ１は、その両面が非球面となっている。最も軸外光線の高くなる、第１レンズ群Ｇ１のスクリーン４に最も近い位置に、非球面を配置することにより、第１レンズ群Ｇ１で発生する大きな歪曲収差を補正すると同時に、軸外の諸収差のバランスを適切に制御することができる。
【０１６８】
第２レンズ群Ｇ２は、スクリーン４側から順に配置された、正レンズＬ３と、負レンズＬ４と正レンズＬ５との接合レンズと、スクリーン４側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６とからなり、全体として正の屈折力を有している。
【０１６９】
第３レンズ群Ｇ３は、スクリーン４側から順に配置された、スクリーン４側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、正レンズＬ８と、正レンズＬ９と負レンズＬ１０との接合レンズと、正レンズＬ１１と、正レンズＬ１２とからなり、全体として正の屈折力を有している。
【０１７０】
第３レンズ群Ｇ３の像面５（空間光変調素子）に最も近い位置に配置された正レンズＬ１２は、異常分散硝子からなっている。この部分に異常分散硝子を使用することにより、他の接合レンズでは補正しきれない軸外の色収差を補正することが可能となる。
【０１７１】
第４レンズ群Ｇ４は、スクリーン４側に凸面を向けた１枚の平凸レンズＬ１３からなり、正の屈折力を有している。
【０１７２】
下記（表１５）に、図２０に示した投写レンズ２５の各レンズの具体的数値例を示す。
【０１７３】
【表１５】
2005128487.tif 000011
【０１７４】
また、全系の焦点距離はｆ＝９．９６３ｍｍ、ＦナンバーはＦｎｏ．＝２．０１、半画角はω＝４５．２度である。
【０１７５】
尚、偏心させた絞り１４の開口部に対する実効的なＦナンバーは、約２．７である。
【０１７６】
本実施の形態の投写レンズ２５においても、上記各条件式（１）〜（８）を満足するのが望ましい。
【０１７７】
下記（表１６）に、本実施の形態の投写レンズ２５に関する上記条件式の数値を示す。
［表１６］
ｔ１２／ｆ＝７．８    ｔ３４／ｆ＝３．１
ｔ３４／ｄ＝２．０    （ｔ３４＋ｄ）／ｆ＝４．７
ｆ１／ｆ＝−２．４  ｆ２／ｆ＝８．７  ｆ３／ｆ＝６．３
Ｄ１／Ｄ２＝０．３８
図２１に、図２０に示した投写レンズ２５の収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。
【０１７８】
図２１に示す収差性能図から明らかなように、本実施の形態の投写レンズ２５は、上記した諸条件を満たすことにより、十分な収差補正がなされ、良好な結像性能が得られていることが分かる。
【０１７９】
本実施の形態の投写レンズ２５においては、第２レンズ群Ｇ２に含まれる接合レンズを構成する正レンズＬ５のアッベ数と屈折率をν２ｐ、ｎ２ｐ、第２レンズ群Ｇ２に含まれる接合レンズを構成する負レンズＬ４のアッベ数と屈折率をν２ｎ、ｎ２ｎとしたとき、
ν２ｐ＜ν２ｎ                          ・・・（８）
ｎ２ｐ＜ｎ２ｎ                          ・・・（９）
の各条件式を満足するのが望ましい。
【０１８０】
また、本実施の形態の投写レンズ２５においては、第３レンズ群Ｇ３に含まれる接合レンズを構成する正レンズＬ９のアッベ数と屈折率をν３ｐ、ｎ３ｐ、第３レンズ群Ｇ３に含まれる接合レンズを構成する負レンズＬ１０のアッベ数と屈折率をν３ｎ、ｎ３ｎとしたとき、
ν３ｐ＞ν３ｎ                          ・・・（１０）
ｎ３ｐ＜ｎ３ｎ                          ・・・（１１）
の各条件式を満足するのが望ましい。
【０１８１】
これらの条件式を満足することにより、軸外の色収差を効果的に補正することができる。
【０１８２】
以上説明した本実施の形態の投写レンズ２５の構成によれば、特にＤＭＤなどの反射型空間光変調素子を用いて正面投写を行う場合に適し、Ｆナンバーが２．０程度の明るい条件下でも良好な収差性能を示し、広角、長いバックフォーカス、高い周辺光量比、といった投写型表示装置に要求される仕様を合理的な構成で実現することのできる投写レンズを提供することができる。
【０１８３】
尚、上記参考例１〜４、及び第１〜第４の実施の形態においては、第１レンズ群Ｇ１を構成するスクリーン４側のレンズＬ１の両面が非球面である場合を例に挙げて説明したが、目的に見合う収差補正が得られるのであれば、いずれか一方の面のみを非球面としたものであってもよい。
【０１８４】
また、投写レンズの具体的なレンズ構成は、上記参考例１〜４、及び第１〜第４の実施の形態で説明したものに限定されるものではない。スクリーン４側から像面５側に向かって順に配置された、前側レンズ群と後側レンズ群とを備え、前記後側レンズ群が、前記前側レンズ群と前記後側レンズ群とに共通の光軸７（あるいは９）に対して偏心した絞り１４を有し、前記後側レンズ群を回転させることなく光軸７（あるいは９）の方向に移動させることによってフォーカス調整を行うように構成されたものであれば、本発明の所期の目的を達成することができる。
【０１８５】
また、上記参考例１〜４、及び第１〜第４の実施の形態においては、補助レンズ群としての第４レンズ群Ｇ４がスクリーン４側に凸面を向けた１枚の平凸レンズからなる場合を例に挙げて説明したが、補助レンズ群としての第４レンズ群Ｇ４は必ずしもかかる構成のものに限定されるものではなく、複数枚のレンズで構成したものや、像面５側に凸面を向けたものであってもよい。
【０１８６】
［第５の実施の形態］
図２２〜図２４は本発明の第５の実施の形態における投写型表示装置の構成を示す配置図であり、図２２はｘ−ｚ平面について、図２３はｙ−ｚ平面について、図２４はｘ−ｙ平面についてそれぞれ示したものである。
【０１８７】
図２２〜図２４に示すように、本実施の形態の投写型表示装置の投写光学系１９５は、映像信号に応じた光学像を形成する空間光変調素子としてのＤＭＤ１９０と、ＤＭＤ１９０を照明する照明手段としての、ランプ１８１から平面ミラー１８９までの照明光学系１９６と、ＤＭＤ１９０上に形成された前記光学像をスクリーン（図示せず）上に投影する投写レンズ１９７とを備えている。
【０１８８】
照明光学系１９６は、ＤＭＤ１９０を照明するための照明光を形成する。具体的には、照明光学系１９６は、ランプ１８１からの放射光を楕円面鏡１８２によって集光し、前記放射光から紫外線と赤外線を取り除くＵＶ−ＩＲカットフィルタ１８３を透過させた後、回転型カラーフィルタ１８４の近傍に集光スポットを形成する。
【０１８９】
ランプ１８１としては、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等が用いられる。これらのランプは、輝度が高く、発光部が比較的小さいため、楕円面鏡１８２によって放射光を効率良く集光することができる。
【０１９０】
回転型カラーフィルタ１８４は、赤、緑、青のカラーフィルタを円盤状に組み合わせて構成されており、当該回転型カラーフィルタ１８４をモータ１８５で回転させることにより、楕円面鏡１８２で集光された光のうち、赤、緑、青の光を順次選択的に透過させることができる。そして、これにより、照明手段としての照明光学系１９６は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色光が時間的に切り替わる照明光を形成し、空間光変調素子としてのＤＭＤ１９０は、前記三原色光に対応した光学像を時間的に切り替えて表示することが可能となる。
【０１９１】
回転型カラーフィルタ１８４を透過した発散光は、コンデンサレンズ１８６によって集光された後、第１レンズアレイ１８７、第２レンズアレイ１８８、平面ミラー１８９及びレンズ１９１を介してＤＭＤ１９０を照明する。
【０１９２】
図２５に、第１レンズアレイ１８７の構成を示す。図２５Ａは断面図、図２５Ｂは平面図をそれぞれ示している。図２５に示すように、第１レンズアレイ１８７は、ＤＭＤ１９０とほぼ相似の形状を有する複数の第１レンズ１８７ａを２次元的に配列して構成されている。このため、コンデンサレンズ１８６によって集光された光束が第１レンズアレイ１８７に入射すると、当該光束は第１レンズ１８７ａによって複数の微小光束に分割される。
【０１９３】
図２６に、第２レンズアレイ１８８の構成を示す。図２６Ａは断面図、図２６Ｂは平面図をそれぞれ示している。図２６に示すように、第２レンズアレイ１８８は、第１レンズ１８７ａと同数で対を成す複数の第２レンズ１８８ａを２次元的に配列して構成されている。
【０１９４】
第１レンズ１８７ａは、当該第１レンズ１８７ａに入射した微小光束を、これに対応する第２レンズ１８８ａ上に集光する。そのため、第１レンズ１８７ａは、第２レンズ１８８ａの配列に合わせて、それぞれ適切に偏心させて配列されている。また、第２レンズ１８８ａは、これに対応する第１レンズ１８７ａに入射した微小光束を拡大して、ＤＭＤ１９０上に結像させる。そのため、第２レンズ１８８ａは、これに対応する第１レンズ１８７ａとＤＭＤ１９０との位置関係に応じて、それぞれ適切に偏心させて配列されている。
【０１９５】
以上のように照明光学系１９６中の光学部品として第１及び第２レンズアレイ１８７、１８８を用いることにより、コンデンサレンズ１８６によって集光された、比較的明るさむらや色むらの大きい光束を、第１レンズ１８７ａによって複数の微小光束に分割し、それらを、対応する第２レンズ１８８ａによって拡大して、ＤＭＤ１９０上で重畳することができるので、明るさむらや色むらの小さい、均一照明を実現することができる。
【０１９６】
ＤＭＤ１９０は、図３０に示したものと同様に、画素ごとに設けられた微小ミラーを２次元的に配列してなる反射型の空間光変調素子であり、微小ミラーの傾き角を変化させて光の反射方向を制御することにより、入射する照明光を変調することができる。図２２に示すＤＭＤ１９０の各微小ミラーの傾き角は、±１２度である。
【０１９７】
ＤＭＤ１９０上には、上記変調作用による光学像が形成され、この光学像は、投写レンズ１９７によってスクリーン上に拡大投影される。
【０１９８】
投写レンズ１９７は、図２０に示した上記第４の実施の形態の投写レンズと同一の構成を有し、第１〜第３レンズ群を含む主レンズ群１９２と、補助レンズ群としての平凸レンズ１９１からなる第４レンズ群とにより構成されている。このため、投写レンズ１９７は、図２１に示したような良好な結像性能を有し、高画質な投写画像を得ることができる。また、第３レンズ群（主レンズ群１９２の、平凸レンズ１９１側のレンズ群）と第４レンズ群（平凸レンズ１９１）との間に十分長い空気間隔が確保されているので、その空間に照明光学系１９６の平面ミラー１８９を配置することができ、その結果、投写型表示装置の小型化を図ることができる。
【０１９９】
さらに、図２３に示すように、投写レンズ１９７の絞り１９３は、光軸１９４に対して偏心しており、かつ、図１４に示したような楕円開口を有している。そのため、照明光の光軸１９８と投写光の光軸１９９とのなす角が大きくなり（投写光と照明光との分離が可能となり）、正面投写でありながら、投写レンズ１９７と平面ミラー１８９などの光学部品とが干渉し難い構成となっている。
【０２００】
また、平凸レンズ１９１は、照明光（光軸１９８）と投写光（光軸１９９）の光路を共有しており、投写レンズ１９７の絞り１９３と第２レンズアレイ１８８の面を共役関係としている。それため、図２６に示すように、第２レンズアレイ１８８の外形を絞り１９３の開口部とほぼ相似の楕円形状とすることによって、照明光が効率良く絞り１９３を通過できるような設計がなされている。
【０２０１】
尚、本実施の形態においては、投写レンズ１９７として上記第４の実施の形態で説明した投写レンズを用いる場合を例に挙げて説明したが、上記第１〜第３の実施の形態で説明した投写レンズを用いることによっても同等の効果が得られる。
【０２０２】
また、投写レンズ１９７のスクリーン側に視野絞りを配置すれば、投写型表示装置から出射する不要光をカットすることが可能となる。
【０２０３】
以上説明した本実施の形態の投写型表示装置の構成によれば、特にＤＭＤなどの反射型空間光変調素子を用いて正面投写を行う場合に適し、Ｆナンバーが２．０程度の明るい条件下でも良好な収差性能を示し、広角、長いバックフォーカス、高い周辺光量比、といった投写型表示装置に要求される仕様を合理的な構成で実現することのできる上記第１〜第４の実施の形態で説明した投写レンズが用いられているので、明るくて、高画質の画像表示が可能な、小型で低コストの投写型表示装置を提供することができる。
【０２０４】
［第６の実施の形態］
図２７は本発明の第６の実施の形態における背面投写型表示装置を示す配置図であり、図２７Ａは正面図、図２７Ｂは側面図をそれぞれ示している。
【０２０５】
図２７に示すように、本実施の形態の背面投写型表示装置は、投写型表示装置２３１と、投写型表示装置２３１からの投写画像を映し出す透過型スクリーン２３２とを備えている。投写型表示装置２３１としては、上記第５の実施の形態で説明した投写型表示装置と同一の構成を有するものが用いられており、当該投写型表示装置２３１は、透過型スクリーン２３２を保持した筐体２３３内に配置されている。
【０２０６】
投写型表示装置２３１の投写レンズから出射する光は、投写型表示装置２３１と透過型スクリーン２３２との間に配置された、光路を折り曲げるための反射手段としての折り返しミラー２３４によって反射され、透過型スクリーン２３２に入射する。
【０２０７】
透過型スクリーン２３２は、例えば、フレネルレンズとレンチキュラレンズとにより構成されている。フレネルレンズの焦点距離は、フレネルレンズから投写レンズに至る光路長とおよそ等しく設定されており、当該フレネルレンズは、入射光を適切に屈折させて、透過型スクリーン２３２の前方に透過させる。視聴者は、投写型表示装置２３１が拡大投影した像を、透過型スクリーン２３２を通して観察することができる。
【０２０８】
以上説明した本実施の形態の背面投写型表示装置の構成によれば、特にＤＭＤなどの反射型空間光変調素子を用いて正面投写を行う場合に適し、Ｆナンバーが２．０程度の明るい条件下でも良好な収差性能を示し、広角、長いバックフォーカス、高い周辺光量比、といった投写型表示装置に要求される仕様を合理的な構成で実現することのできる上記第１〜第４の実施の形態で説明した投写レンズを備えた投写型表示装置が用いられているので、明るくて、高画質の画像表示が可能な、小型で低コストの背面投写型表示装置を提供することができる。
【０２０９】
［第７の実施の形態］
図２８は本発明の第７の実施の形態における背面投写型表示装置を示す配置図である。
【０２１０】
図２８において、２４１は投写型表示装置を示しており、当該投写型表示装置２４１としては、上記第５の実施の形態で説明した投写型表示装置と同一の構成を有するものが用いられている。そして、４枚の透過型スクリーン２４２を保持した筐体２４３内に、透過型スクリーン２４２と同数で対を成す複数の投写型表示装置２４１が配置されている。
【０２１１】
複数の投写型表示装置２４１からの画像を並べてマルチ画面を表示する場合、単位画面間の境界を挟んだ両側の明るさ、解像度やホワイトバランスの差は、小さいほうが望ましい。本実施の形態の背面投写型表示装置においては、上記第５の実施の形態で説明した投写型表示装置と同一の構成を有する投写型表示装置２４１が用いられている。投写型表示装置２４１は、上述の通り、明るさと色に関して均一照明を実現する照明光学系と、均一性の高い解像度を実現する投写レンズとにより構成されているので、単位画面間のホワイトバランス、明るさ、解像度のバラツキを極めて小さくすることができる。
【０２１２】
以上説明した本実施の形態の背面投写型表示装置の構成によれば、上記第６の実施の形態の場合と同様に、明るくて、高画質の画像表示が可能な、小型で低コストの背面投写型表示装置を提供することができる。
【０２１３】
尚、上記第５〜第７の実施の形態においては、空間光変調素子として反射型のＤＭＤを用いた場合を例に挙げて説明したが、空間光変調素子としては、例えば、反射型や透過型の液晶パネルを用いた構成のものであってもよい。
【０２１４】
また、ＤＭＤとしては、例えば、微小ミラーのチルト角やチルト方向が、図３０、図３１に示したものや上記実施の形態で説明したものと異なるものを用いてもよい。
【０２１５】
また、上記第５〜第７の実施の形態においては、照明手段として第１及び第２レンズアレイ１８７、１８８を含む照明光学系１９６を例に挙げて説明したが、照明手段としては、第１及び第２レンズアレイを用いない構成のものや、ガラスロッド等のインテグレータ素子を用いた構成のものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２１６】
本発明の投写レンズは、特にＤＭＤなどの反射型空間光変調素子を用いて正面投写を行う場合に適し、Ｆナンバーが２．０程度の明るい条件下でも良好な収差性能を示し、広角、長いバックフォーカス、高い周辺光量比、といった投写型表示装置に要求される仕様を合理的な構成で実現することができるので、明るくて、高画質の画像表示が可能な、小型で低コストの投写型表示装置あるいは背面投写型表示装置を実現するために利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２１７】
【図１】本発明における投写レンズの基本構成を示す配置図
【図２】本発明における投写レンズの他の構成（基本構成に光路折り曲げ手段が付加された構成）を示す配置図
【図３】本発明における投写レンズのさらに他の構成（基本構成に補助レンズ群が付加された構成）を示す配置図
【図４】本発明における投写レンズのさらに他の構成（基本構成に光路折り曲げ手段と補助レンズ群が付加された構成）を示す配置図
【図５】参考例１における投写レンズの構成を示す配置図
【図６】参考例１における投写レンズの収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）
【図７】参考例２における投写レンズの構成を示す配置図
【図８】参考例２における投写レンズの収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）
【図９】参考例３における投写レンズの構成を示す配置図
【図１０】参考例３における投写レンズの収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）
【図１１】参考例４における投写レンズの構成を示す配置図
【図１２】参考例４における投写レンズの収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）
【図１３】本発明の第１の実施の形態における投写レンズの構成を示す配置図
【図１４】本発明の第１の実施の形態における投写レンズに用いられる絞りを光軸方向から見た状態を示す概略図
【図１５】本発明の第１の実施の形態における投写レンズの収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）
【図１６】本発明の第２の実施の形態における投写レンズの構成を示す配置図
【図１７】本発明の第２の実施の形態における投写レンズの収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）
【図１８】本発明の第３の実施の形態における投写レンズの構成を示す配置図
【図１９】本発明の第３の実施の形態における投写レンズの収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）
【図２０】本発明の第４の実施の形態における投写レンズの構成を示す配置図
【図２１】本発明の第４の実施の形態における投写レンズの収差性能図（球面収差、非点収差、歪曲収差）
【図２２】本発明の第５の実施の形態における投写型表示装置の構成を示す配置図（ｘ−ｚ平面図）
【図２３】本発明の第５の実施の形態における投写型表示装置の構成を示す配置図（ｙ−ｚ平面図）
【図２４】本発明の第５の実施の形態における投写型表示装置の構成を示す配置図（ｘ−ｙ平面図）
【図２５】本発明の第５の実施の形態における投写型表示装置の照明光学系を構成する第１レンズアレイの構成図であり、Ａは断面図、Ｂは平面図
【図２６】本発明の第５の実施の形態における投写型表示装置の照明光学系を構成する第２レンズアレイの構成図であり、Ａは断面図、Ｂは平面図
【図２７】本発明の第６の実施の形態における背面投写型表示装置を示す配置図であり、Ａは正面図、Ｂは側面図
【図２８】本発明の第７の実施の形態における背面投写型表示装置を示す配置図
【図２９】従来技術における空間光変調素子としてＤＭＤを用いた投写型表示装置の構成を示す配置図であり、Ａは平面図、Ｂは側面図
【図３０】ＤＭＤの動作原理を説明するための概略図
【図３１】ＤＭＤ上の微小ミラーの動作原理を示す模式図
【符号の説明】
【０２１８】
Ｄ１  絞りの偏心量
Ｄ２  絞りの位置における有効開口半径
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、１８、２３、２４、２５、１９７  投写レンズ
２  前側レンズ群
３  後側レンズ群
４  スクリーン
５  像面
６、１４、１９３  絞り
７、９、１０、１９４、１９８、１９９  光軸
８、１８９  平面ミラー（光路折り曲げ手段）
１１  補助レンズ群
１２  主レンズ群
１９  絞りの開口部
２１  半楕円
２２  円形外周部
１８１  ランプ（照明手段）
１８２  楕円面鏡
１８３  ＵＶ−ＩＲカットフィルタ
１８４  回転型カラーフィルタ
１８５  モータ
１８６  コンデンサレンズ
１８７  第１レンズアレイ
１８８  第２レンズアレイ
１９０  ＤＭＤ（空間光変調素子）
１９１  平凸レンズ（補助レンズ）
１９５  投写光学系
１９６  照明光学系
２３１、２４１  投写型表示装置
２３２、２４２  透過型スクリーン
２３３、２４３  筐体
２３４  折り返しミラー（反射手段）
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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