(57)【要約】    【課題】  透過型に比べてバックフォーカスが長い反射型画像投射装置において、倍率色収差を良好に補正できるようにした表示光学系を提供する    【解決手段】  光を反射し、かつ変調する複数の反射型光変調素子２〜４からの光を投射する投射レンズ１と、それぞれ光源１０からの光を複数の反射型光変調手段のうち少なくとも１つに向かわせ、かつ該反射型変調素子からの光を投射レンズに向かわせる複数の光学素子６，７とを有する表示光学系において、複数の反射型光変調素子のうち少なくとも１つの反射型光変調素子と投射レンズとの間に、有限の曲率半径を有する光学曲面Ｓ２９を配置している。    【選択図】  図１ 
2005283663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射し、かつ変調する複数の反射型光変調素子からの光を投射する投射レンズと、
それぞれ光源からの光を前記複数の反射型光変調手段のうち少なくとも１つに向かわせ、かつ該反射型変調素子からの光を前記投射レンズに向かわせる複数の光学素子とを有し、
前記複数の反射型光変調素子のうち少なくとも１つの反射型光変調素子と前記投射レンズとの間に、有限の曲率半径を有する光学曲面が配置されていることを特徴とする表示光学系。
【請求項２】
前記光学曲面は、前記反射型光変調素子と前記複数の光学素子のうち少なくとも１つの光学素子との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の表示光学系。
【請求項３】
前記光学素子は、ガラスブロックにより構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示光学系。
【請求項４】
該表示光学系は、前記光源からの光を、第１の色光成分と、該第１の色光成分よりも波長が短い第２の色光成分と、前記第１の色光成分よりも波長が長い第３の色光成分とに分離してそれぞれを第１から第３の反射型光変調素子に向かわせ、かつ該第１から第３の反射型光変調素子からの前記第１から第３の色光成分を合成して前記投射レンズに向かわせるよう構成されており、
前記光学曲面は、前記第２および第３の色光成分の光路中に配置され、前記投射レンズおよび前記光学曲面を含めた前記第２および第３の反射型光変調素子までのそれぞれの光路における合成焦点距離を、前記第１の色光成分に対する前記投射レンズの焦点距離よりも短くする作用を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項５】
該表示光学系は、前記光源からの光を、第１の色光成分と、該第１の色光成分よりも波長が短い第２の色光成分と、前記第１の色光成分よりも波長が長い第３の色光成分とに分離して第１から第３の反射型光変調素子に向かわせ、かつ該第１から第３の反射型光変調素子からの前記第１から第３の色光成分を合成して前記投射レンズに向かわせるよう構成されており、
前記光学曲面は、前記第１の色光の光路中に配置されており、前記投射レンズおよび前記光学曲面を含めた前記第１の反射型光変調素子まで光路の合成焦点距離を、前記第２および第３の色光成分に対する前記投射レンズの焦点距離よりも長くする作用を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項６】
該表示光学系は、前記光源からの光を、第１の色光成分と、該第１の色光成分よりも波長が短い第２の色光成分と、前記第１の色光成分よりも波長が長い第３の色光成分とに分離して第１から第３の反射型光変調素子に向かわせ、かつ該第１から第３の反射型光変調素子からの前記第１から第３の色光成分を合成して前記投射レンズに向かわせるよう構成されており、
さらに以下の条件のうち少なくとも１つを満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の投射表示光学系。
１．５＜（Ｆ１−Ｆ２）／（Ｆ１０−Ｆ２０）＜４．０
１．５＜（Ｆ３０−Ｆ１０）／（Ｆ３−Ｆ１）＜４．０
但し、Ｆ１，Ｆ２およびＦ３はそれぞれ、前記第１、第２および第３の色光成分に対する前記投射レンズおよび前記光学曲面を含む前記反射型光変調素子までの合成焦点距離であり、Ｆ１０、Ｆ２０およびＦ３０はそれぞれ、前記光学面を有さないとした場合の前記第１、第２および第３の色光成分に対する前記投射レンズ単独での焦点距離である。
【請求項７】
前記光学曲面は、前記光学素子の透過面に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項８】
前記光学素子は、複数の光学部材を貼り合わせて構成されており、
前記光学曲面は、前記複数の光学部材の貼り合わせ面に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項９】
前記反射型光変調素子と前記投射レンズとの間に、前記特定波長の光の偏光方向のみを回転させる波長選択性偏光回転素子を有し、
前記光学曲面は、前記波長選択性偏光回転素子上に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項１０】
前記反射型光変調素子と前記投射レンズとの間に偏光変換素子を有し、
前記光学曲面は、前記偏光変換素子上に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項１１】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の表示光学系。
Ｌ＞２．１Ｄ
但し、Ｌは前記投射レンズと前記反射型光変調素子との空気換算光路長、Ｄは前記反射型光変調素子の対角サイズである。
【請求項１２】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の表示光学系。
｜Ｆｗ／ｆｃ｜＜０．００２
但し、Ｆｗは前記投射レンズの広角端での焦点距離、ｆｃは前記光学曲面の焦点距離である。
【請求項１３】
光源と、
光を反射し、かつ変調する複数の反射型光変調素子と、
請求項１から１１のいずれか１つに記載の表示光学系とを有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、反射型光変調素子からの光を投射する表示光学系およびこれを用いた画像投射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、色合成プリズムおよび投射レンズを用いて色合成を行う場合、投射レンズによる倍率色収差が存在するために、各色光の投射画像をスクリーン等の被投射面で完全に一致させることが困難であった。また、一般に、反射型液晶プロジェクタは、透過型液晶プロジェクタに比べてバックフォーカスが長い。このため、広角化するにはレンズ構成が難しく、倍率色収差の発生も大きくなる傾向にあった。
【０００３】
このため、２枚のダイクロイックミラーおよび１枚の反射ミラーにより構成される色合成系と液晶パネルとの間に配置されるフィールドレンズの焦点距離又は配置位置を、各色の光路で異ならせることにより、投射レンズの倍率色収差を補正可能とした表示光学系が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、補正レンズをクロスダイクロイックプリズムである色合成プリズムと液晶パネルとの間に配置して、投射レンズの倍率色収差を補正可能とした表示光学系も提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、本出願人は、透過型液晶パネルを用いた表示光学系において、プリズムの入射面や内部の面に屈折力を持たせる技術を提案している（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−２０１７５６号公報（段落００１２、００１５〜００１８および図１等）
【特許文献２】特開平１１−２３１２１８号公報（段落００１７〜００２３、図１等）
【特許文献３】特開２００２−５５２１０号公報（段落００２２，００２３、図３および図５等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１にて開示された表示光学系では、色合成系に２枚のダイクロイックミラーと１枚の反射ミラーとを用いているため、投射レンズの倍率色収差に加えて、ダイクロイックミラーの面の歪みやダイクロイックミラー面を透過する色チャンネルによる歪曲収差が発生する。このため、各色チャンネルの投射像の大きさが計算で予想した大きさにならず、各色チャンネルの倍率補正が良好に行えない。
【０００７】
また、特許文献２にて開示された表示光学系では、色合成系に、4つの直角3角柱プリズムより構成されるクロスダイクロイックプリズムが使用されている。このため、投射レンズの倍率色収差に加えて、プリズムの角度誤差に起因したダイクロイックミラー面の折れ曲がりによる投射画像の変形が生じ、赤、緑、青の3つの色の投射画像をスクリーン上で完全に重ね合わせることが困難である。
【０００８】
さらに、特許文献３にて開示された表示光学系では、上記各特許文献にて開示のものと同様に、バックフォーカスが短い、透過型液晶プロジェクタでの倍率色収差の補正を前提としたものであり、バックフォーカスが長い反射型液晶プロジェクタでの倍率色収差の補正に関しては開示がない。
【０００９】
そこで本発明は、透過型に比べてバックフォーカスが長い反射型画像投射装置において、倍率色収差を良好に補正できるようにした表示光学系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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明では、光を反射し、かつ変調する複数の反射型光変調素子からの光を投射する投射レンズと、それぞれ光源からの光を複数の反射型光変調手段のうち少なくとも１つに向かわせ、かつ該反射型変調素子からの光を前記投射レンズに向かわせる複数の光学素子とを有する表示光学系において、複数の反射型光変調素子のうち少なくとも１つの反射型光変調素子と投射レンズとの間に、有限の曲率半径を有する光学曲面を配置している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一般にバックフォーカスが長くなり、倍率色収差が大きくなる傾向にある反射型画像投射装置における倍率色収差の補正を良好に行うことができ、より高画質の投射画像を得ることができる。
【００１２】
特に、光学曲面を、光学素子の透過面や光学素子における複数の光学部材の貼り合わせ面等に設けることにより、倍率色収差の補正のために特別な補正レンズやその保持機構を設ける必要をなくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
まず本発明の実施例の概要について説明する。本発明の実施例は、複数の反射型光変調素子からの光を投射レンズによりスクリーン等の被投射面に投射する表示光学系であって、投射レンズと複数の反射型光変調素子との間に充分な空気間隔を有する２つ以上の色合成プリズムブロックを有する表示光学系に関するものである。そして、投射レンズと複数の反射型光変調素子のうち少なくとも１つとの間には、有限な曲率半径を有する光学曲面が設けられている。
【００１５】
光源から発せられた光は、緑Ｇ、赤Ｒ、青Ｂの３つの色光成分に分離され、色光成分ごとに設けられた反射型色変調素子に到達する。各反射型色変調素子は、入射した光を反射するとともに画像変調する。そして、画像変調された各色光成分は、それぞれの光路に設けられたダイクイック面又は偏光分離面を透過又は反射して投射レンズに到達し、スクリーンに投射される。
【００１６】
ここで、緑、青および赤色光成分に対する、投射レンズを含めた光変調素子までの合成焦点距離をそれぞれ、Ｆｇ（Ｆ１），Ｆｂ（Ｆ２），Ｆｒ（Ｆ３）とし、投射レンズと光変調素子との間に有限な曲率半径を有する光学曲面が配置されていない場合における、緑、青および赤色光成分に対する投射レンズ単独での焦点距離をＦｇ０（Ｆ１０）、Ｆｂ０（Ｆ２０）、Ｆｒ０（Ｆ３０）としたとき、
１．５＜（Ｆｇ−Ｆｂ）／（Ｆｇ０−Ｆｂ０）＜４．０    …（１）
１．５＜（Ｆｒ０−Ｆｇ０）／（Ｆｒ−Ｆｇ）＜４．０    …（２）
のうち少なくとも１つの条件を満たすように構成することが好ましい。
【００１７】
光学系（投射レンズ）の縮小側の倍率色収差は、緑色Ｇを基準として、物体高Ｙが像側で結像する緑像高をｙｇ、赤像高をｙｒ、青像高をｙｂとすると、赤と青の倍率色収差はそれぞれ、
ΔＲ＝ｙｒ−ｙｇ
ΔＢ＝ｙｂ−ｙｇ
となる。
【００１８】
ここで、ｙｒ／ｙｇ、ｙｂ／ｙｇはそれぞれの色の倍率比となる。
【００１９】
一方、ｙｇ／Ｙは緑基準の投射倍率であり、これは緑色の波長の焦点距離に比例して下記式（３）で表される。
【００２０】
ｙｇ／Ｙ≒ｆｇ／距離（スクリーンまでの距離）
ｙｒ／Ｙ≒ｆｒ／距離（スクリーンまでの距離）
ｙｂ／Ｙ≒ｆｂ／距離（スクリーンまでの距離）          …（３）
ここで、ｆｇ，ｆｒ，ｆｂはそれぞれの色の波長での投射レンズの焦点距離を示す。
【００２１】
このことから、各波長での倍率は、それぞれの波長の焦点距離に比例していることがわかる。
【００２２】
それぞれの波長に対する焦点距離に差がなければ倍率色収差もないことになるが、レンズを用いた屈折系で投射レンズを構成すると、レンズを形成するガラスの分散によって倍率色収差を零にすることはできない。
【００２３】
一般に、ガラスの屈折率の関係から、ｆｂ＜ｆｇ＜ｆｒとなっている。低い像高においてはこの関係に従った像倍率の関係になるが、高い像高では、高次の収差の発生によりｙｂ＞ｙｇ、ｙｒ＞ｙｇとなる。これを投射レンズ以外の光学系で補正するには、投射レンズ以外の光学系で、上記（１），（２）式のうち少なくとも１つの条件式を満たすように構成することが好ましい。
【００２４】
そしてこの場合も、ｆｂ＜ｆｇ＜ｆｒの関係を保つ範囲で、光学面の曲率を設定するのが好ましい。この関係は、複数の面において曲率を持たせて実現しても、１面にのみ曲率を持たせて実現してもよい。
【００２５】
具体的には、投射レンズの倍率色収差を、光変調素子における1／２画素〜１画素程度に抑えることが好ましい。光変調素子として用いられる媒体にもよるが、例えば、液晶素子を用いる場合、１画素は光変調素子の対角サイズの１０００分の１から５００分の１程度となる。このとき、全系の焦点距離にもよるが、全系の広角端の焦点距離を光変調素子の対角サイズの１倍〜２倍程度とすると、この色の倍率差がそのまま各色の焦点距離の比になることになる。
【００２６】
このような場合に、発生する倍率色収差を除去するには、青および赤に対する投射レンズを含めた光変調素子までの合成焦点距離をそれぞれＦｂ，Ｆｒとし、投射レンズと光変調素子との間に有限の曲率半径を有する光学曲面を配置しない場合の投射レンズ単独での青および赤に対する焦点距離をそれぞれＦｂ０，Ｆｒ０としたときに、
１．０００１＜Ｆｂ０／Ｆｂ＜１．０００５      …（４）
１．０００１＜Ｆｒ０／Ｆｒ＜１．０００５      …（５）
を満たすように投射レンズの縮小側から光変調素子までの合成屈折力Ｆｒ，Ｆｂを設定すればよい。
【００２７】
あるいは、相対的に緑の光路のみに有限な曲率を有する光学面を配置した場合は、緑の合成焦点距離をＦｇとし、投射レンズと光変調素子との間に有限な曲率半径を有する光学面を配置しない場合の投射レンズ単独での緑に対する焦点距離をＦｇ０としたときに、
１．０００１＜Ｆｇ／Ｆｇ０＜１．０００５      …（６）
を満たすように投射レンズの縮小側から光変調素子までの合成屈折力Ｆｇを設定すればよい。
【００２８】
ここで述べている緑、赤、青の光とは、例えば緑の光は５５０ｎｍ程度の波長の光を、赤の光は６２０ｎｍ程度の波長の光を、青の光は４７０ｎｍ程度の波長の光を指している。
【００２９】
また、投射レンズを、縮小側が略テレセントリックな構成にしておけば、焦点距離の変化に対してピント位置が変動しても、投射画像の大きさにはほとんど影響がない。
【００３０】
また、上記構成を達成するために、投射レンズと複数の光変調素子との間に配置される有限な曲率半径を有する光学曲面を、上記プリズムの入射面や射出面として設けたり、上記プリズムにおける４５°の入射面を有する貼り合わせ面として設けたり、任意の波長バンドの光の偏光方向のみを変換する波長選択性偏光回転素子（カラーセレクト素子）や偏光変換素子の面として設けたりすることができる。また、光学曲面を上記プリズム等の光学素子に一体的に設ける以外に、光学曲面を有するシート状の部材を、プリズム等の光学素子の面に貼り付けるようにしてもよい。これらにより、倍率色収差を補正するために、特別な補正レンズ等の素子を設けたり、その保持機構を設けたりする必要がなくなる。
【００３１】
また、投射レンズと光変調素子との空気換算光路長をＬとし、光変調素子の対角サイズをＤとするとき、以下の条件式を満足する。
【００３２】
Ｌ＞２．１Ｄ      …（７）
この範囲を逸脱する投射レンズに対して、有限な曲率半径を有する光学曲面を上記位置に設けると、投射レンズの性能を落とすことにつながり好ましくない。具体的には、上記範囲を超える領域では、有限な曲率半径を持つ光学曲面が光変調素子の表示面に近づき過ぎ、倍率色補正のための曲率をかなり強くしなければならず、像面湾曲が大きく発生するので、好ましくない。また一方では、投射レンズにかなり近い位置に有限曲率を持
つ光学曲面を設けることにもなり、色によるコマ収差、像面湾曲も発生しやすくなる。したがって、上記（７）式の範囲の光学系において、上記位置に有限な曲率を持った光学曲面を配置することが好ましい。
【００３３】
さらに、本実施例の表示光学系は、反射型画像投射装置に用いられるため、投射レンズと複数の光変調素子との間のプリズムは、光源からの光の光変調素子への導光（照明）にも用いられる。本実施例で説明する有限な曲率を有する光学曲面は、光源から光変調素子への照明光路にも配置されていることから、この曲率を利用して特定の色の光変調素子への照明むらの補正等にも有効である。
【００３４】
また、特に以下の式（８）を満たしていることが好ましい。
【００３５】
｜Ｆｗ／ｆｃ｜＜０．００２    …（８）
ここで、Ｆｗは投射レンズの広角端の焦点距離、ｆｃは投射レンズと光変調素子との間に配置された、有限な曲率半径をもつ光学曲面の焦点距離である。
【００３６】
この式の範囲を逸脱すると、投射レンズと光変調素子との間の光学曲面により像面湾曲が発生し、３色の像面が揃わなくなるので、好ましくない。また、倍率色収差の補正にも補正過剰となり、好ましくない。
【実施例】
【００３７】
以下に、本発明のより具体的な実施例について説明する。図1には、本発明の実施例である表示光学系の断面を示している。図1において、光源１０から発せられた白色光は、不図示の偏光変換素子により、所定の偏光方向を有する光（ここでは、Ｓ偏光光とする）に変換される。該偏光光は、ダイクロイックミラー８に入射し、ここを透過する緑色成分光と、ここで反射する赤および青色光成分とに分離される。
【００３８】
緑色光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ７の偏光分離面７１で反射し、ＬＣＤ等の緑用反射型光変調素子２に向かう。第１の偏光ビームスプリッタ７と緑用反射型光変調素子２との間には、１／４波長板２１が配置されており、緑色光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ７から緑用反射型光変調素子２に向かい、ここで反射および変調されて再び第１の偏光ビームスプリッタ７に戻るまでの間に１／４波長板２１を２回通る。これにより、緑色光成分の偏光方向は、第１の偏光ビームスプリッタ７から緑用反射型光変調素子２に向かうときに対して９０°回転し、P偏光光に変換される。そして、P偏光光に変換された緑色光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ７の偏光分離面７１を透過して、第３の偏光ビームスプリッタ５に向かう。
【００３９】
一方、青および赤色光成分は、青色成分光のみが波長選択性偏光回転素子４１によって偏光方向を９０°回転されてＰ偏光光となり、赤色光成分はＳ偏光光のまま第２の偏光ビームスプリッタ６に入射する。第２の偏光ビームスプリッタ６に入射した赤色光成分（Ｓ偏光光）は、第２の偏光ビームスプリッタ６の偏光分離面６１によって反射され、青色光成分（P偏光光）は該偏光分離面６１を透過する。
【００４０】
そして、第２の偏光ビームスプリッタ６から射出した赤および青色光成分は、それぞれＬＣＤ等の赤用反射型光変調素子４および青用反射型光変調素子３に入射し、反射および画像変調されて、第２の偏光ビームスプリッタ６に戻る。
【００４１】
第２の偏光ビームスプリッタ６と赤用反射型光変調素子４および青用反射型光変調素子３との間にはそれぞれ、１／４波長板４２，４３が配置されている。赤色光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ６から赤用反射型光変調素子４に向かい、再び第２の偏光ビームスプリッタ６に戻るまでの間に１／４波長板４２を２回通る。これにより、赤色光成分の偏光方向は、第２の偏光ビームスプリッタ６から赤用反射型光変調素子４に向かうときに対して９０°回転し、P偏光光に変換される。また、青色光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ６から青用反射型光変調素子３に向かい、再び第２の偏光ビームスプリッタ６に戻るまでの間に１／４波長板４３を２回通る。これにより、青色光成分の偏光方向は、第２の偏光ビームスプリッタ６から青用反射型光変調素子３に向かうときに対して９０°回転し、Ｓ偏光光に変換される。
【００４２】
Ｓ偏光光になって第２の偏光ビームスプリッタ６に入射した青色光成分は偏光分離面６１で反射され、P偏光光になって第２の偏光ビームスプリッタ６に入射した赤色光成分は偏光分離面６１を透過する。
【００４３】
第２の偏光ビームスプリッタ６を射出した青色光成分および赤色光成分は、赤色光成分のみが波長選択性偏光回転素子４４によって偏光方向を９０°回転されてＳ偏光光に変換され、青および赤色光成分はともにＳ偏光光になる。
【００４４】
そして、ともにＳ偏光光となった青および赤色光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ５に入射し、第３の偏光ビームスプリッタ５の偏光分離面５１で反射される。また、P偏光光として第３の偏光ビームスプリッタ５に入射した緑色光成分は、偏光分離面５１を透過する。これにより、３色の光成分が合成され、投射レンズ１を介して不図示のスクリーンに投射される。
【００４５】
なお、第１〜第３の偏光ビームスプリッタ７，６，５はいずれも、２つの直角三角柱形状のガラスブロックを貼り合わせて形成されており、その貼り合わせ面（光軸に対して４５°をなす面）には、多層膜からなる偏光分離膜が形成されている。
【００４６】
ここで、現状の一般的な投射レンズは青色光に対する倍率色収差が他の色光に比べて大きく、像面上でオーバーになっているので、スクリーン上における投射像は小さくなる。このため、投射レンズと３つの反射型光変調素子２〜４のうち少なくとも１つとの間に、有限の曲率半径を有する光学曲面を配置し、青チャンネルの合成焦点距離を相対的に短くするように構成すれば、スクリーン上での青の投射像を大きくすることができ、３色の投射像の大きさを揃えることができる。これにより、投射レンズ１の青の倍率色収差を補正できる。
【００４７】
また、一般的な投射レンズでは、赤の倍率色収差も像面上でオーバーになる傾向にあるため、スクリーン上における赤の投射像も小さくなる。このため、投射レンズと３つの反射型光変調素子２〜４のうち少なくとも１つとの間に、有限の曲率半径を有する光学曲面を配置し、赤チャンネルの合成焦点距離を相対的に短くするように構成すれば、スクリーン上での赤の投射像を大きくすることができるので、投射レンズ１の赤の倍率色収差を補正できる。
【００４８】
具体的な補正方法としては、図１に示すように、青および赤の光路にそれぞれ光学曲面（例えば、図１中の第２の偏光ビームスプリッタ６の２つの面Ｓ２９）を配置してもよいし（以下、これを実施例１という）、投射レンズの倍率色収差の出方を見ながら、３つの光路に異なる曲率半径を有する光学曲面を配置してもよい。すなわち、複数の光学面に曲率を設け、各色光路の曲率による作用の合成で倍率色収差の低減を図ってもよい。
【００４９】
また、相対的に緑の焦点距離を長くするように、緑の光路中の光学面（例えば、図１中の第１の偏光ビームスプリッタ７の面Ｓ２９）に、凹のパワーを持たせるようにしてもよい（以下、これを実施例２という）。
【００５０】
図２(Ａ)，(Ｂ)には、従来の光学系と本実施例の光学系の倍率色収差の変化の概略を示す。図２(Ａ)は、上記光学曲面を設けない場合の投射レンズ単独で発生する倍率色収差、図２(Ｂ)は投射レンズと反射型光変調素子との間に光学曲面を配置して倍率色収差を補正した例をそれぞれ示す。この際、軸上色収差が発生するが、赤、青および緑用の光変調素子をそれらの光軸方向位置を調整することによって、赤、青および緑色光成分を同等な結像位置に結像させることができる。また、投射レンズの縮小側を充分なテレセントリックに構成しておくことで、赤、青および緑用の光変調素子の光軸方向位置を調整することによる倍率の変化は微小なものとなる。
【００５１】
以上のように構成することで、特にバックフォーカスが長い反射型プロジェクタにおいて大きく発生し易い倍率色収差を良好に補正することができ、また該補正のために特別な補正レンズ等の素子を設ける必要が無い。このため、従来よりもさらに高画質の投射画像が得られる反射型プロジェクタを実現することができる。
【００５２】
図３および表１には、上記実施例をより具体的に実施した光学系の数値実施例を示す。なお、図３中のＳＴは絞りであり、他の符号を付した構成要素は、図１に示した符号を付した構成要素に一致する。
【００５３】
また、数値実施例中のｒｉは、被投射面（拡大）側からｉ番目の面の曲率半径を示し、ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間隔を示す。また、ｎｉ，νｉはそれぞれｉ番目の面を構成する媒質の屈折率およびアッベ数である。さらに、非球面（面３，４，２２，２３）の形状は、光軸方向にＸ軸を、光軸と垂直方向にＨ軸をとり、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、非球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ、Ｆとしたとき、
（１／Ｒ）Ｈ２
Ｘ＝--------------------------------＋ＢＨ４＋ＣＨ６＋ＤＨ８＋ＥＨ１０＋ＦＨ１２
１＋√{１−（１＋Ｋ）（Ｈ／Ｒ）２}
なる式で表される。
【００５４】
【表１】
2005283663.tif 000003
【００５５】
図４Ａには、この数値実施例の投射レンズを使用するが、倍率色収差を補正するための光学曲面を使用しない場合の広角端での倍率色収差を示す。また、図４Ｂおよび図４Ｃには、この数値実施例の投射レンズを使用し、かつ倍率色収差を補正するための光学曲面を設けた上記実施例１および実施例２の場合の広角端での倍率色収差を示す。なお、ここでは、５５０ｎｍの緑色を基準として、４４０ｎｍの青色（２点鎖線で示す）と６２０ｎｍの赤色（点線で示す）の倍率色収差を示す。
【００５６】
図４Ａにおいて、倍率色収差は、青色のそれが画面周辺部で大きく発生している。本数値実施例の光変調素子（液晶パネル）の解像度をＸＧＡ（１０２４×７６８）と仮定すると、０．７インチの液晶パネルでは１画素の大きさが１４μｍとなり、広角端での画面最周辺部では、倍率色収差が１／２画素に近づき、７μｍ程度になっている。これにより、投射像の色ずれが目立ち、解像度が低下してくる。
【００５７】
また、図４Ｂ（実施例１）においては、、青および赤の共通した光路中において最も光変調素子に近い位置に光学曲面を配置しており、この場合、青の倍率色収差は図４Ａに比べて大幅に減少しており、画面最周辺部においても、倍率色収差を５μｍ以下にすることができた。ここでは、青および赤の光路に設けた光学曲面の曲率半径ｒ２９（図３において、第２偏光ビームスプリッタ６の光変調素子側の面Ｓ２９の曲率半径：図１に実線で凸面として示している）を、
ｒ２９＝−２０，０００ｍｍ
に設定している。
【００５８】
また、図４Ｃ（実施例２）は、緑の焦点距離を相対的に長くするように設定した例を示し、この例では、緑側の光学曲面の曲率半径Ｒ２９（図３において、第１偏光ビームスプリッタ７の光変調素子側の面Ｓ２９の曲率半径：図１中に点線で凹面として示す）を、
ｒ２９＝  ２０，０００ｍｍ
に設定している。
【００５９】
表２には、本数値実施例と上記各条件式との関係を示す。
【００６０】
【表２】
2005283663.tif 000004
【００６１】
なお、本発明は、上記実施例に示した構成の表示光学系に限らず、他の構成の表示光学系にも適用することができる。
【００６２】
例えば、上記実施例では、光源からの白色光をまず緑色光成分と、青および赤色光成分とに分離し、第２の偏光ビームスプリッタ６で赤色光成分を反射し、青色光成分を透過させてそれぞれを赤および青用反射型光変調素子に導き、そこで反射変調された赤色光成分および青色光成分を第２の偏光ビームスプリッタ６で透過および反射させて投射レンズに導いた。しかし、本発明は、光源からの光路において、第２の偏光ビームスプリッタ６にて青色光成分を反射し、赤色光成分を透過させてそれぞれを青および赤用反射型光変調素子に導き、そこで反射変調された青色光成分および赤色光成分を第２の偏光ビームスプリッタ６で透過および反射させて投射レンズに導く場合にも適用することができる。また、本発明は、光源からの光を青又は赤色光成分と、他の２つの色光成分とに分離する場合にも適用できる。さらに上記実施例では、ガラスブロックを用いて構成された３つの偏光ビームスプリッタを用いた表示光学系について説明したが、本発明は、より少ない又はより多い数の偏光ビームスプリッタを用いる表示光学系や、偏光ビームスプリッタ以外の光学素子で色分離や色合成を行う表示光学系にも適用することができる。
【００６３】
また、上記実施例では、光源からの白色光を赤、緑、青に分離する場合について説明したが、本発明は他の複数の色光成分に分離する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例である表示光学系の構成を示す断面図。
【図２】(Ａ)従来例における倍率色収差の発生の様子を示す概略図。  (Ｂ)実施例による倍率色収差の改善の様子を示す概略図。
【図３】数値実施例の投射レンズの構成を示す断面図。
【図４Ａ】従来例における広角端での倍率色収差を示す図。
【図４Ｂ】実施例１における倍率色収差の補正の様子を示す図。
【図４Ｃ】実施例２における倍率色収差の補正の様子を示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１  投射レンズ
２  緑用反射型光変調素子
３  青用反射型光変調素子
４  赤用反射型光変調素子
５，６，７  偏光ビームスプリッタ
８  緑透過ダイクロイックミラー
２１，２２，２３  偏光板
４２，４３，２１  １／４波長板
４１，４４  波長選択性偏光回転素子
５１，６１，７１  偏光分離面
【図１】
2005283663.tif 000005
【図２】
2005283663.tif 000006
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2005283663.tif 000009
【図４Ｃ】
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