(57)【要約】【目的】拡大側から正の第１レンズ群と合成部と正の第２レンズ群とを配置し、第２レンズ群は複数のライトバルブからの光束が第２レンズ群を各々１度通過して合成部に入射するように複数群を配置し、所定の条件式を満足させ、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有する投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置を得る。【構成】光源ランプ１０から出射された光束は、光量均一化および偏光変換が図られた状態でダイクロイックミラー１６に入射され、色分解された後、ＰＢＳ１９、２６を介してＲＬＣＤ２１ａ〜ｃを照射する。画像情報を担持した各色光用の光束は、再びＰＢＳ１９、２６を介し、投写レンズ３０の第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂのいずれかと、各色光を色合成する合成部としてのダイクロイックプリズム２９と、第１レンズ群Ｇ１とにより、合成されて拡大投写される。またこの投写レンズ３０は条件式(Ａ)〜（Ｃ）を満足する。【選択図】          図１
2005189478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のライトバルブで変調された各光束の合成光束により画像を拡大投写する投写レンズにおいて、
拡大側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、少なくとも２つの互いに異なる方向から入射された前記複数のライトバルブからの各光束を合成する合成部と、正のパワーを有する複数の第２レンズ群とから構成され、
該複数の第２レンズ群は、前記複数のライトバルブからの各光束が前記複数の第２レンズ群のうちのいずれかの第２レンズ群を各々１度通過して前記合成部に入射するように、配置され、
以下の条件式（Ａ）〜（Ｃ）を満足することを特徴とする投写レンズ。
１．０＜ｆ２／ｆ＜８．０    ・・・（Ａ）
ＬＶＤ／（４×（１−２×ＴＡＮθ））＜Ｂｆ＜ＬＶＤ／（１−２×ＴＡＮθ′）＋ＬＶＤ    ・・・（Ｂ）
０．２５＜ｄ／ｆ２＜１．０    ・・・（Ｃ）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ  ：全系の最短焦点距離
ＬＶＤ  ：ライトバルブ対角サイズ
Ｂｆ：全系の空気換算バックフォーカス
ｄ  ：第１レンズ群と第２レンズ群との間の合成部を含む群間空気換算長
θ  ：ＳＩＮθ＝１／（４×Ｆｎｏ）
θ′：ＳＩＮθ′＝１／（２×Ｆｎｏ）
Ｆｎｏ：最短焦点距離時のＦナンバ
【請求項２】
前記複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの前記第２レンズ群の縮小側において、少なくとも２つの前記ライトバルブからの光束が合成されることを特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
【請求項３】
前記合成部が、内部に１面のダイクロイック面を有するダイクロイックプリズムで構成されたことを特徴とする請求項２記載の投写レンズ。
【請求項４】
前記合成部が、３つの互いに異なる方向から入射された前記複数のライトバルブからの各光束を合成する、内部に２面のダイクロイック面を有するクロスダイクロイックプリズムで構成され、３つの前記第２レンズ群が配置されたことを特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
【請求項５】
前記複数の第２レンズ群中のレンズ間隔は固定とされ、前記第１レンズ群中のレンズ間隔および該第１レンズ群と該複数の第２レンズ群との群間隔のうち、少なくとも２カ所の間隔を変化させることで全系の焦点距離を可変とされた、ズームレンズとして機能することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項６】
前記第１レンズ群の最も拡大側に、ズーミング時において固定とされ負のパワーを有するレンズ群が配置されたことを特徴とする請求項５記載の投写レンズ。
【請求項７】
前記複数の第２レンズ群の縮小側が略テレセントリックとされていることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項８】
前記第１レンズ群中にミラーが配置され光路が折り曲げられることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項９】
前記複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの前記第２レンズ群は、他の前記第２レンズ群に対し少なくとも一部のレンズについて、形状および／または材料が異なるレンズにより構成されていることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項１０】
前記複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの前記第２レンズ群を、この第２レンズ群と前記第１レンズ群との間の前記合成部を含む群間空気換算長が、他の第２レンズ群と前記第１レンズ群との間の前記合成部を含む群間空気換算長と互いに異なるように、光軸方向に位置調整可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項１１】
前記第１レンズ群の少なくとも一部が他のレンズと交換可能とされ、このレンズ交換により全系の焦点距離を変更可能とされたことを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項１２】
前記複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの前記第２レンズ群の縮小側に、照明光束と投写光束とを偏光状態に応じて分離する、交換可能な偏光分離プリズムが配置され、この偏光分離プリズムの交換に伴う該偏光分離プリズムの材料の変化によって生じる結像性能の変化を補正するように、該偏光分離プリズムの交換に対応させて、前記第１レンズ群の一部のレンズおよび／または前記少なくとも１つの第２レンズ群を交換可能とされたことを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項１３】
前記複数のライトバルブから前記合成部に、少なくとも２つの互いに異なる方向から入射される各光束のうち、該合成部で透過されて合成される光束は、２つの互いに直交する偏光のうち透過効率が良好となる方の偏光に揃えられていることを特徴とする請求項１〜１２のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項１４】
光源と、この光源からの光束をインテグレートするインテグレート部と、このインテグレート部からの光束を前記複数のライトバルブへ導く照明光学系とで構成された照明光学部を備え、該照明光学部からの光束を前記複数のライトバルブで変調し、この変調された各光束の合成光束による画像を、請求項１〜１３のうちいずれか１項記載の投写レンズを介して拡大投写することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１５】
前記第１レンズ群、前記合成部、および前記複数の第２レンズ群を一体的に、光軸と垂直な方向に移動可能としたことを特徴とする請求項１〜１４のうちいずれか１項記載の投写型表示装置。
【請求項１６】
前記合成部および前記複数の第２レンズ群が前記照明光学部の光路上に配置され、前記照明光学系の一部としても機能するように構成されたことを特徴とする請求項１〜１５のうちいずれか１項記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ライトバルブとして、透過型または反射型の液晶表示素子や、微小ミラーを配列させその微小ミラーを偏向させることで画像変調する微小反射素子を用いた投写型表示装置の投写レンズに関し、詳しくは、高い投写性能を有しながらレンズおよび装置のコンパクト化を可能にする投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタ市場はパソコンの普及とともに大きく伸展している。プロジェクタにおいて、映像を信号に変え画像変調を行うライトバルブとしては、透過型または反射型の液晶表示素子や、微小ミラーが規則的に配列された、例えばテキサス・インスツルメンツ社製のデジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤと称する）のような、微小反射素子が知られている。その中でも反射型の表示素子は、高効率で微小な画素を作ることに適しており、高品位な映像を提供するライトバルブとして注目されている。
【０００３】
反射型液晶ライトバルブを使用した投写型表示装置としては、例えば、下記特許文献1および特許文献２に記載されたものが知られている。また、図２８および図２９は、反射型液晶ライトバルブを使用した投写型表示装置としてよく知られた構成のものである。図２８および図２９の装置は、光源（不図示）からの白色光を３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に色分解し、各色光に対応する反射型液晶パネル３２１ａ〜ｃ、４２１ａ〜ｃにより画像情報を担持させた後、各色光を色合成して投写レンズ３３０、４３０に入射させるものである。反射型液晶パネル３２１ａ〜ｃ、４２１ａ〜ｃには、３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）を任意の順で対応させることができる（以下の従来例についても同様である）。各色光の経路は模式的に示されており、図２８で実線と点線は互いに偏光方向が異なる２種類の偏光状態であることを示す。
【０００４】
これらの装置において、各反射型液晶パネル３２１ａ〜ｃ、４２１ａ〜ｃは、投写画面のコントラスト向上を図るための1/4波長板３２０ａ〜ｃ、４２０ａ〜ｃを介して、光源から入射される照明光束と投写レンズに向かう投写光束とを分離する偏光分離プリズム（以下、ＰＢＳと称する）３１９、３２６、４１９ａ〜ｃのプリズム面に対向するように配されている。また、図２８の装置は、ダイクロイックプリズム３２９、３４３、特定波長帯域の光の偏光を変換する特定波長偏光変換素子３４２、およびプリズム連結部３１８、３２２、３２５、３２７を備えている。プリズム連結部３２５、３２７は、特定波長偏光変換素子を含むものである。また、図２９の装置は、ダイクロイックミラー４１６、４７０、全反射ミラー４７４およびクロスダイクロイックプリズム４４８を備えている。
【０００５】
透過型液晶ライトバルブに適用される投写光学系としては、例えば、下記特許文献３および特許文献４に記載されたものが知られている。また、図３０および図３１は、透過型液晶ライトバルブを使用した投写型表示装置としてよく知られた構成のものである。図３０および図３１の装置は、光源（不図示）からの白色光を３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解し、各色光に対応する透過型液晶パネル５７１ａ〜ｃ、６７１ａ〜ｃにより画像情報を担持させた後、各色光を合成して投写レンズ５３０、６３０に入射させるものである。これらの装置は、色分解のためのダイクロイックミラー５１６、５７０、６１６、６７０、コンデンサレンズ５７７ａ〜ｃ、６７７ａ〜ｃ、全反射ミラー５７４ａ、５７４ｂ、６７４ａ〜ｃを備えている。また、図３０の装置は、透過型液晶パネル５７１ａ〜ｃの投写レンズ側に配されたフィールドレンズ５８０ａ〜ｃ、および色合成のためのダイクロイックミラー５７８、５７９を備えている。この装置では画像変調された投写光束は各フィールドレンズ５８０ａ〜ｃのいずれかと投写レンズ５３０との作用により投写されることになる。また、図３１の装置は色合成のためのクロスダイクロイックプリズム６４８を備えている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２６８２３５号公報
【特許文献２】特開２００１−１５４１５２号公報
【特許文献３】特許第３１７５４１１号公報
【特許文献４】特開平９−６１７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献1および特許文献２に記載されたものや、図２８および図２９の装置構成からも分かるとおり、反射型液晶ライトバルブを複数用いた装置構成では、各ライトバルブからの光束を合成する合成部(例えばダイクロイックプリズム３２９、クロスダイクロイックプリズム４４８)、および、照明光束と投写光束とを分離する分離部（例えばＰＢＳ３１９、３２６、４１９ａ〜ｃ）が必要になる。ライトバルブとしてＤＭＤを複数用いた場合でも同様である。従来、この合成部と分離部とは、投写レンズの最も縮小側のレンズとライトバルブとの間に配されていた。
【０００８】
したがって、このタイプの投写レンズの設計としては、バックフォーカスを非常に長くすることが求められていた。ところが、近年の投写型表示装置の投写レンズは、投写レンズとスクリーンまでの距離が短くても大画面が構成できるよう、焦点距離を短くしレンズのワイド化を図る傾向にある。特に、家庭用などの限られた空間で使用するフロントタイププロジェクタや、小型かつ薄型にする必要のあるリアプロジェクションＴＶなどで使用する投写レンズは、ワイド化の要求が強い。上記のようにバックフォーカスを長くする構成の投写型表示装置では、良好な光学性能を有するワイドレンズの設計が非常に難しい。高価な硝材を用いてある程度の光学性能を得ることができるとしても、コスト高になる。また、バックフォーカスの長いレンズでは、各レンズの、また特に拡大側のレンズのレンズ径が大きくなり、コストとともに投写レンズおよび装置全体のサイズが大型になることも問題になる。
【０００９】
特許文献３に記載されたものや、図３０の装置構成では、ライトバルブの比較的近傍にフィールドレンズ５８０ａ〜ｃが配置され、投写に関わるレンズ全体としてみると、バックフォーカスが長くなることを防止した構成とされている。これにより上述のようなレンズおよび装置全体のサイズはコンパクト化される。しかしながら、このフィールドレンズ５８０ａ〜ｃの焦点距離は、長くしすぎると色合成系全体が大型化してしまい上述のような問題が生じてしまうが、フィールドレンズ５８０ａ、５８０ｂを透過した光束が２つのダイクロイックミラー５７８、５７９を介してその余の色光の光束とも合成された投写光束とされるので、色合成に必要な距離の確保が必要でもある、という制約から、非常に限定された範囲のものでなければならない。フィールドレンズのパワーがこのように制約されると、投写に関わるレンズ全体としての設計も難しくなり、低コストでありながら良好な光学性能を有するレンズとすることは至難であった。
【００１０】
特許文献４に記載されたものや、図３１の装置構成では、投写レンズ６３０の縮小側に３つの色光光束を合成するクロスダイクロイックプリズム６４８が配置され、投写レンズのバックフォーカスは比較的短くでき、かつ低コストでありながら良好な光学性能を有するレンズが設計可能となった。しかしながらこの構成によると、クロスダイクロイックプリズム６４８の構造的特徴であるクロスラインによる影響が、投写画面上で目立ってしまうことが問題となる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有し、クロスダイクロイックプリズムを色合成手段として用いる場合にもクロスラインが投写画面上で目立ちにくい投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る投写レンズは、複数のライトバルブで変調された各光束の合成光束により画像を拡大投写する投写レンズにおいて、
拡大側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、少なくとも２つの互いに異なる方向から入射された前記複数のライトバルブからの各光束を合成する合成部と、正のパワーを有する複数の第２レンズ群とから構成され、
該複数の第２レンズ群は、前記複数のライトバルブからの各光束が前記複数の第２レンズ群のうちのいずれかの第２レンズ群を各々１度通過して前記合成部に入射するように、配置され、
以下の条件式（Ａ）〜（Ｃ）を満足することを特徴とするものである。
１．０＜ｆ２／ｆ＜８．０    ・・・（Ａ）
ＬＶＤ／（４×（１−２×ＴＡＮθ））＜Ｂｆ＜ＬＶＤ／（１−２×ＴＡＮθ′）＋ＬＶＤ    ・・・（Ｂ）
０．２５＜ｄ／ｆ２＜１．０    ・・・（Ｃ）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ  ：全系の最短焦点距離
ＬＶＤ  ：ライトバルブ対角サイズ
Ｂｆ：全系の空気換算バックフォーカス
ｄ  ：第１レンズ群と第２レンズ群との間の合成部を含む群間空気換算長
θ  ：ＳＩＮθ＝１／（４×Ｆｎｏ）
θ′：ＳＩＮθ′＝１／（２×Ｆｎｏ）
Ｆｎｏ：最短焦点距離時のＦナンバ
【００１３】
また、前記複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの前記第２レンズ群の縮小側において、少なくとも２つの前記ライトバルブからの光束が合成されるように構成されていてもよい。さらに、前記合成部が、内部に１面のダイクロイック面を有するダイクロイックプリズムで構成されることが好ましい。
【００１４】
また、前記合成部が、３つの互いに異なる方向から入射された前記複数のライトバルブからの各光束を合成する、内部に２面のダイクロイック面を有するクロスダイクロイックプリズムで構成され、３つの前記第２レンズ群が配置されていてもよい。
【００１５】
また、前記複数の第２レンズ群中のレンズ間隔は固定とされ、前記第１レンズ群中のレンズ間隔および該第１レンズ群と該複数の第２レンズ群との群間隔のうち、少なくとも２カ所の間隔を変化させることで全系の焦点距離を可変とされた、ズームレンズとして機能するように構成されることが好ましい。さらに、前記第１レンズ群の最も拡大側に、ズーミング時において固定とされ負のパワーを有するレンズ群が配置されることが好ましい。
【００１６】
また、前記複数の第２レンズ群の縮小側が略テレセントリックとされていることが好ましい。
【００１７】
また、前記第１レンズ群中にミラーが配置され光路が折り曲げられるように構成されていてもよい。
【００１８】
また、前記複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの前記第２レンズ群は、他の前記第２レンズ群に対し少なくとも一部のレンズについて、形状および／または材料が異なるレンズにより構成されていることが好ましい。
【００１９】
また、前記複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの前記第２レンズ群を、この第２レンズ群と前記第１レンズ群との間の前記合成部を含む群間空気換算長が、他の第２レンズ群と前記第１レンズ群との間の前記合成部を含む群間空気換算長と互いに異なるように、光軸方向に位置調整可能に構成されていてもよい。
【００２０】
また、前記第１レンズ群の少なくとも一部が他のレンズと交換可能とされ、このレンズ交換により全系の焦点距離を変更可能とされることが好ましい。
【００２１】
また、前記複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの前記第２レンズ群の縮小側に、照明光束と投写光束とを偏光状態に応じて分離する、交換可能な偏光分離プリズムが配置され、この偏光分離プリズムの交換に伴う該偏光分離プリズムの材料の変化によって生じる結像性能の変化を補正するように、該偏光分離プリズムの交換に対応させて、前記第１レンズ群の一部のレンズおよび／または前記複数の第２レンズ群を交換可能とされることが好ましい。
【００２２】
また、前記複数のライトバルブから前記合成部に、少なくとも２つの互いに異なる方向から入射される各光束のうち、該合成部で透過されて合成される光束は、２つの互いに直交する偏光のうち透過効率が良好となる方の偏光に揃えられていることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る投写型表示装置は、光源と、この光源からの光束をインテグレートするインテグレート部と、このインテグレート部からの光束を前記複数のライトバルブへ導く照明光学系とで構成された照明光学部を備え、該照明光学部からの光束を前記複数のライトバルブで変調し、この変調された各光束の合成光束による画像を、上記いずれかの投写レンズを介して拡大投写することを特徴とするものである。
【００２４】
また、前記第１レンズ群、前記合成部、および前記複数の第２レンズ群を一体的に、光軸と垂直な方向に移動可能とされることが好ましい。
【００２５】
また、前記合成部および前記複数の第２レンズ群が前記照明光学部の光路上に配置され、前記照明光学系の一部としても機能するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る投写レンズによれば、複数のライトバルブからの各光束が、複数の第２レンズ群のうちのいずれかを透過した後、合成部において合成され、第１レンズ群を介して投写されるように構成されるとともに、所定の条件式を満足するように構成されることにより、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有し、クロスダイクロイックプリズムを色合成手段として用いる場合にもクロスラインが投写画面上で目立ちにくい投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１に示す投写型表示装置は、本発明の実施例１に係る投写レンズを備えた装置である。まず、この図を用いて本発明の投写型表示装置の概要を説明する。本発明の投写型表示装置は、光源から出射された白色光を色分解し、各色光に対応する複数のライトバルブにおいて各々の色光を画像変調したのち、本発明に係る投写レンズを用いて、色合成するとともにスクリーン上に所望の画像を拡大投写するものである。図１の装置では、画像変調を行うライトバルブは反射型液晶パネル（以下、ＲＬＣＤと称する）とされている。
【００２８】
なお、以下、本発明の説明では色分解される色光（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）を便宜上、第１〜第３の色光として説明するが、いずれの分解過程でいずれの色光を分解するように構成することも可能であり、対応する位置に対応する色光用のＲＬＣＤを配置するように構成されていればよい。また、各投写型表示装置の構成図において各色光の経路は模式的に示されており、実線と点線が記載されている図１、図３および図２５では、互いに偏光方向が直交する２種類の偏光状態であることを示す。以下の説明では、説明の便宜上、実線はＳ偏光、点線はＰ偏光とする。
【００２９】
図１の装置において、光源ランプ１０から出射された白色光の光束は、光束断面における光量の均一化が図られかつ偏光が揃えられた状態で色分解手段としてのダイクロイックミラー１６に入射され、色分解された後、照明光束と投写光束とを分離する分離部としての偏光分離プリズム（以下、ＰＢＳと称する）１９、２６を介して各色光に対応するＲＬＣＤ２１ａ〜ｃを照射する。各ＲＬＣＤ２１ａ〜ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、再びＰＢＳ１９、２６に入射され、本発明に係る投写レンズ３０の一部である第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの方向に出射される。投写レンズ３０は、その構成要素としてこれらの色光を色合成する合成部を備えており、各色光の光束は合成された光束として投写される。このようにして、各ＲＬＣＤ２１ａ〜ｃに表示された画像は図示されないスクリーン上にフルカラー画像として拡大投写される。
【００３０】
次に、本発明に係る投写レンズ３０について説明する。投写レンズ３０は拡大側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、少なくとも２つの互いに異なる方向から入射された複数のライトバルブからの各光束を合成する合成部としてのダイクロイックプリズム２９と、正のパワーを有する複数の第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂとから構成され、第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂは、複数のライトバルブからの各光束が第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂのうちのいずれかを各々１度通過して前記合成部に入射するように、配置されている。
【００３１】
すなわち図１の装置では、各色光用の画像情報を担持した投写光束は、第１の色光は第２レンズ群Ｇ２ａを介して、また、第２、第３の色光は第２レンズ群Ｇ２ｂを介して、ダイクロイックプリズム２９に入射される。ダイクロイックプリズム２９では、第１の色光を透過し、第２、第３の色光を直角反射するので、３色光が合成されて、第１レンズ群Ｇ１を介して拡大投写される。この装置では、第１の色光に関しては第２レンズ群Ｇ２ａと第１レンズ群Ｇ１が、また、第２、第３の色光に関しては第２レンズ群Ｇ２ｂと第１レンズ群Ｇ１がそれぞれ投写レンズ３０として作用していることになる。
【００３２】
また、投写レンズ３０は、以下の条件式（Ａ）〜（Ｃ）を満足するように構成されている。
１．０＜ｆ２／ｆ＜８．０    ・・・（Ａ）
ＬＶＤ／（４×（１−２×ＴＡＮθ））＜Ｂｆ＜ＬＶＤ／（１−２×ＴＡＮθ′）＋ＬＶＤ    ・・・（Ｂ）
０．２５＜ｄ／ｆ２＜１．０    ・・・（Ｃ）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの焦点距離
ｆ  ：全系の最短焦点距離
ＬＶＤ  ：ライトバルブ対角サイズ
Ｂｆ：全系の空気換算バックフォーカス
ｄ  ：第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの間の合成部を含む群間空気換算長
θ  ：ＳＩＮθ＝１／（４×Ｆｎｏ）
θ′：ＳＩＮθ′＝１／（２×Ｆｎｏ）
Ｆｎｏ：最短焦点距離時のＦナンバ
【００３３】
上記条件式（Ａ）は、正の第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂのパワーを規定するもので、この上限値を超えると投写レンズ３０が大型化しすぎてしまう。また、この下限値を越えて第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂのパワーが強くなると、第１レンズ群Ｇ１との間に合成部を挿入するだけの間隔を確保することが難しくなる。また、この上限値、下限値のいずれを越えても、収差をバランスよく補正することが困難となる。
【００３４】
上記条件式（Ｂ）は、投写レンズ３０のバックフォーカスを規定するものである。本発明に係る投写レンズ３０は、その縮小側にはＲＬＣＤ２１ａ〜ｃとの間に照明光束と投写光束とを分離する分離部（ＰＢＳ１９、２６）を配することができる程度のバックフォーカスを備えていればよい。分離部のプリズムは、高屈折率なものとするほど必要なスペースは小さくなる。条件式（Ｂ）はこのバックフォーカスを規定するもので、この下限値を超えるとスペースが不足する。また、この上限値を超えると、投写レンズ３０ひいては投写型表示装置が大型化したり、投写レンズ３０の光学性能が悪化したりする。
【００３５】
上記条件式（Ｃ）は、本発明に係る投写レンズ３０において第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂとの間に、合成部を配置するために必要十分なスペースを確保するためのものである。この下限値を超えるとスペースが不足する。また、この上限値を超えると、投写レンズ３０ひいては投写型表示装置が大型化する。
【００３６】
本発明の投写レンズ３０によれば、第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂを、合成部としてのダイクロイックプリズム２９よりも前段に配置することにより、近年、投写レンズに要望されているワイドレンズの設計が容易になる。投写レンズ全体が合成部の後段に配される従来の装置では、ＲＬＣＤから投写レンズの最も縮小側レンズまでの間に合成部と分離部、さらにその他の部材が配置されることから、この間隔を長くとる必要がある。そしてこのことがレンズのワイド化を困難にしていた。本発明の投写レンズ３０によれば、ＲＬＣＤ２１ａ〜ｃから投写レンズ３０の最も縮小側レンズまでの間に配置される部材数が低減されるので、投写レンズ３０の焦点距離を短くすることができ、投写レンズや装置全体を大型にすることなく、従来と同程度のレンズサイズでありながら、容易にレンズのワイド化を図ることができる。したがって、高価な硝材を用いずとも良好な光学性能を有するワイドレンズの設計が可能となり、コスト的にも有利となる。
【００３７】
投写レンズ全体を合成部の後段に配するのでなく、その一部をよりＲＬＣＤに近づけて配置するという構成が従来全くなかったわけではない。例えば、上記特許文献２記載の従来技術には、ＲＬＣＤ近傍にフィールドレンズを配置し、このフィールドレンズを投写レンズと一体と考える技術が記載されている。しかしながら、この手法はＰＢＳやダイクロイックプリズムのサイズを小さくする効果があるとはいえ、その作用はテレセントリックな光束の状態を崩すことで得られたものであるため、画面上での照度分布や色度分布を考慮すると必ずしも利点が優るものではない。ＰＢＳを通過するときの光束はテレセントリックな状態であることが望ましい。また、このようにライトバルブ近傍にフィールドレンズを配置した場合は、フィールドレンズを通過する時に偏光特性を乱してしまう虞があり、光の利用効率やコントラストの点で好ましくない。
【００３８】
本発明に係る投写レンズ３０は第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂを、分離部よりも後段で、かつ合成部よりも前段に配置している。この位置とすることにより、上述したとおり投写レンズ３０のバックフォーカスを短くし得るとともに、第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂがＲＬＣＤ２１ａ〜ｃに近すぎないので、偏光特性を乱してしまう虞がなく、光の利用効率やコントラストも良好とすることができる。また、本発明に係る投写レンズ３０において、第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの縮小側を略テレセントリックに構成することにより、分離部としてのＰＢＳ１９、２６の内部を光束がテレセントリックな状態で透過することになるので、光利用効率も良好となり画面上での照度分布や色度分布の均一性を確保することも可能となる。
【００３９】
なお、ダイクロイックプリズム２９の内部ではテレセントリックな光束の状態が崩れることになるが、ダイクロイックコートの特性は調整が可能で補正もある程度可能となるため、ＰＢＳ内で非テレセントリックとなる場合よりも問題が少ない。
【００４０】
以下に、本発明に係る投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置の具体的実施例を示す。実施例１〜９は、本発明に係る投写レンズの実施例である。実施例１〜９の各投写レンズは投写型表示装置の構成要素として示されているものもあるが、各実施例に対する装置構成は一例としてのものであり、各投写レンズに対して装置構成を限定するものではない。また、実施例１０〜１２は本発明に係る投写型表示装置の、実施例１〜９に示したもの以外の構成例を示すものである。
【００４１】
＜実施例１＞
図２は、本発明の実施例１に係る投写レンズの構成を示す図である。ただし、複数の第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂと複数のＲＬＣＤ２１ａ〜ｃについては、第２レンズ群Ｇ２ａおよびそれに対応するＲＬＣＤ２１ａまでの構成を代表として記載している。他のＲＬＣＤ２１ｂ、２１ｃまでの構成も略同様である。また、第２レンズ群Ｇ２ｂは第２レンズ群Ｇ２ａと同様のものである。また、図１は、この投写レンズを用いた投写型表示装置の一構成例を示す図である。
【００４２】
図１および図２に示すように、この投写レンズ３０は、拡大側から順に、第１レンズＬ１〜第１１レンズＬ１１よりなり正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、合成部としてのダイクロイックプリズム２９と、第１２レンズＬ１２〜第１４レンズＬ１４よりなり正のパワーを有する複数の第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂとから構成され、第１の色光は第２レンズ群Ｇ２ａを介し、また第２、第３の色光は第２レンズ群Ｇ２ｂを介し、２つの互いに異なる方向からダイクロイックプリズム２９に入射されて合成され、さらに第１レンズ群Ｇ１を介して投写されるように構成されている。また、この投写レンズ３０は内部にマスクＭを備えている。なお、本実施例および以下の実施例において、マスクＭ（またはＭ１、Ｍ２）は光線をカットする部材の配設位置を示すものである。これらの位置は、通常のレンズ設計上、絞りに相当する位置とされているものもあるが、周辺光束をカットしたりＦナンバを規定するように光束をカットするために配設されたものもある。
【００４３】
下記表１に、本実施例の投写レンズの、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。なお、この表１および後述する表２、４、６、７、９、１１、１３、１５において、特に記載しない限り、曲率半径Ｒおよび空気間隔Ｄの値は投写レンズの（ズームレンズの場合はワイド端の）焦点距離を１として規格化され、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎ、νに対応させた数字は拡大側から順次増加するようになっている。また、表１の下段にこの投写レンズ３０に対応するライトバルブ（ＲＬＣＤ）の対角サイズＬＶＤおよびＦナンバを示す。
【００４４】
【表１】
2005189478.tif 000003
【００４５】
また、この投写レンズの条件式（Ａ）〜（Ｃ）に関する値は後掲のとおりとなっており、条件式（Ａ）〜（Ｃ）を全て満足している。従ってこの投写レンズは、レンズのワイド化にも適した、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有する投写レンズとされている。
【００４６】
ここで、図１を用いて、本発明の投写型表示装置の構成について説明する。この装置の概要は、上述したとおりであるが、まず、その光源部としては、放物面リフレクタ１１の焦点位置に光源ランプ１０が配置されている。光源ランプ１０は、超高圧水銀ランプ、あるいはメタルハライドランプ等の高輝度白色光源であり、光源ランプ１０から放射された白色光は、放物面リフレクタ１１によって一方向に反射されて、放物面リフレクタ１１の光軸に略平行な光束となってインテグレータ光学系に入射される。
【００４７】
インテグレータ光学系は、各々基板上に矩形状に設けられた複数の凸レンズアレイを配列してなる、第１および第２のレンズアレイ１２、１３から構成される。第１のレンズアレイ１２の各凸レンズと第２のレンズアレイ１３の各凸レンズは対応する面が対向し、光源の光束が効率よくかつ均一に、後段のＲＬＣＤ２１ａ〜ｃの有効開口に照射される。第１のレンズアレイ１２に入射した光は、各凸レンズの集光作用により、光軸と垂直な平面内に凸レンズの数と同数の光源の像を形成する。第２のレンズアレイ１３は、この光源の像の近傍に配置される。第２のレンズアレイ１３の各凸レンズにより集光された光は、第２のレンズアレイ１３に隣接する偏光変換光学系１４に入射する。
【００４８】
偏光変換光学系１４は、光源ランプ１０から出射された白色光を一方向に振動する直線偏光に変換する偏光方向変換手段の一例である。偏光方向変換手段として単に偏光板を配置する場合に比べ、インテグレータ光学系により均一化された光束をＰ偏光とＳ偏光とに分離した後、両偏光を一方の偏光に揃えるとともに、両者を平行光として出力することにより、光量利用効率を向上させることができる。偏光変換光学系１４から出射される光束は、Ｐ偏光がＳ偏光に変換されるので、異なる偏光が無駄にされることなく光源光が後段のＲＬＣＤ２１ａ〜ｃへと導かれる。
【００４９】
偏光変換光学系１４から出射された光束は、少なくとも１枚以上の構成であり、正の屈折力を有するコンデンサレンズ１５、１７ａ、１７ｂによりさらに集光されつつ、３色光成分に分解されて対応する各色光用のＲＬＣＤ２１ａ〜ｃに照射される。ダイクロイックミラー１６は、ガラス基板上に第１の色光を透過させる分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されており、またその余の原色光に対してもその入射角が45°となるように設定されているので、第１の色光を透過し、第２、第３の色光を直角反射する。ダイクロイックミラー１６を透過した第１の色光は、分離部としてのＰＢＳ１９に入射され、このＳ偏光の第１の色光は内部の偏光分離膜で反射されて、この第１の色光を画像変調させるＲＬＣＤ２１ａへ導かれる。なお、ＲＬＣＤ２１ａの前段には、投写画面のコントラスト向上を図るために、１/４波長板２０ａが配されている。
【００５０】
ダイクロイックミラー１６により反射された第２、第３の色光は、分離部としてのＰＢＳ２６に入射される。ＰＢＳ２６の前段には特定波長偏光変換素子２５が配され、一方の色光、例えばＢ光の偏光を所定角度だけ回転させＰ偏光に変換する。これにより、第２の色光はＰＢＳ２６を透過して第２の色光を画像変調させるＲＬＣＤ２１ｂを照射し、Ｓ偏光である第３の色光はＰＢＳ２６内部で反射されて第３の色光を画像変調させるＲＬＣＤ２１ｃを照射する。なお、各ＲＬＣＤ２１ｂ、２１ｃの前段には、投写画面のコントラスト向上を図るために、１/４波長板１２０ｂ、１２０ｃが配されている。
【００５１】
各ＲＬＣＤ２１ａ〜ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、ＰＢＳ１９、２６に各々戻されるが、ＰＢＳ１９、２６から出射されたものと異なる方の直線偏光とされている。そのため、第１の色光はＰＢＳ１９を透過して、色光を合成する合成部としてのダイクロイックプリズム２９の方向に出射される。また、第２の色光はＰＢＳ２６内で反射され、第３の色光はＰＢＳ２６を透過することにより、第２、第３の色光が合成されてダイクロイックプリズム２９の方向に出射される。合成部としてのダイクロイックプリズム２９は、内部に第１の色光を透過させる分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されたガラスプリズムであり、その余の原色光もダイクロイック膜に対してその入射角が45°となるように設定されているので、３色光が合成されて第１レンズ群Ｇ１の方向に出射される。このようにこの投写レンズ３０では、第２レンズ群Ｇ２ｂの縮小側において、ＲＬＣＤ２１ｂ、２１ｃからの光束が合成される。
【００５２】
なお、ＰＢＳ１９の光入射側（光源側）および光出射側（投写レンズ側）には偏光板１８ａ、２２ａが配され、偏光方向のズレを調整している。また、ＰＢＳ２６の光入射側（光源側）と光出射側（投写レンズ側）には特定波長偏光変換素子２５、２７が配され、第２の色光の偏光をＰ偏光に変換している。さらに、この素子２５、２７を挟むように偏光板１８ｂ、２２ｂが配されており、偏光方向のズレを調整している。特に、偏光板１８ａ、１８ｂは、光束がダイクロイックミラー１６を介することにより生じる偏光方向のズレを調整し、光の利用効率低下や投写画面上でのコントラスト低下を防止する作用効果を有する。
【００５３】
本発明の投写型表示装置は、本発明に係る投写レンズを用いているので、その投写レンズの作用効果を装置としても発揮できるものであり、特にコンパクトな装置構成とすることができることは、図１からも明らかである。
【００５４】
＜実施例２＞
図３および図４は、本発明の実施例２に係る投写レンズ、およびこれを用いた投写型表示装置の構成を示す図である。図３は、この投写型表示装置の主要部を示す平面図であり、図４はその側面図である(ただし、遠方の部材は省略されている)。また、図４は、この投写レンズの構成を示す図を兼ねており、実施例１の図２と略同様に、１つの第２レンズ群Ｇ２ｂおよびそれに対応する１つのＲＬＣＤ２１ｃまでの構成を代表として記載している。また、第２レンズ群Ｇ２ａと第２レンズ群Ｇ２ｂとは同様に構成されている。図３および図４ならびに以下の図５〜１３および図２５〜２７において、先に説明した実施例のものと略同様の作用をなす部材には同様の符号を付して示しており、説明は省略する。
【００５５】
まず投写レンズについて、本実施例の構成と実施例１のものとの相違点は、実施例２の投写レンズがズームレンズとされている点である。この投写レンズの第１レンズ群Ｇ１は、第１レンズＬ１〜第１１レンズＬ１１よりなり、拡大側より順に、変倍の際に固定でフォーカシングを行なうためのレンズ群Ｇ１１と、連続変倍のため、およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係をもって移動するレンズ群Ｇ１２、レンズ群Ｇ１３およびレンズ群Ｇ１４と、変倍の際に固定のレンズ群Ｇ１５とを配設されてなる。第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂは、第１２レンズＬ１２および第１３ンズＬ１３よりなる。第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂ中のレンズ間隔および第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂとの群間隔は固定とされている。図３および図４はこの投写レンズの広角端におけるレンズ位置を示しており、望遠側に向かうにしたがってレンズ群Ｇ１２〜Ｇ１４が、図４の矢印に示されるように移動する。
【００５６】
本発明に係る投写レンズはズームレンズとして構成された場合にも、固定焦点距離のレンズと同様にその作用効果を得ることができる。特に、投写用のズームレンズでは、広角なレンズであるために拡大側のレンズのレンズ径が大きくなる構成が一般的であるので、第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側には、ズーミング時において固定とされ負のパワーを有するレンズ群Ｇ１１が配置されることが機構上好ましい。
【００５７】
下記表２に、本実施例の投写レンズの、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。また、表２の下段にこの投写レンズに対応するライトバルブ（ＲＬＣＤ）の対角サイズＬＶＤおよびＦナンバを示す。また、下記表３に、ワイド端およびテレ端におけるレンズ群Ｇ１１とレンズ群Ｇ１２の距離（移動１）、レンズ群Ｇ１２とレンズ群Ｇ１３の距離（移動２）、レンズ群Ｇ１３とレンズ群Ｇ１４の距離（移動３）およびレンズ群Ｇ１４とレンズ群Ｇ１５の距離（移動４）を示す。
【００５８】
【表２】
2005189478.tif 000004
【００５９】
【表３】
2005189478.tif 000005
【００６０】
また、この投写レンズの条件式（Ａ）〜（Ｃ）に関する値は後掲のとおりとなっており、条件式（Ａ）〜（Ｃ）を全て満足している。従ってこの投写レンズは、レンズのワイド化にも適した、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有する投写レンズとされている。
【００６１】
なお、本発明に係る投写レンズをズームレンズとする場合には、複数の第２レンズ群において第２レンズ群中のレンズ間隔は固定とされ、第１レンズ群中のレンズ間隔および第１レンズ群と第２レンズ群との群間隔のうち、少なくとも２カ所の間隔を変化させることで全系の焦点距離を可変とされていればよい。すなわち、第１レンズ群中の少なくとも一ヶ所のレンズ間隔および第１レンズ群と複数の第２レンズ群との群間隔を変化させるように、ズームレンズを構成することも可能である。
【００６２】
次にこの投写型表示装置の構成について説明する。図３では光源部、インテグレータ光学系、および偏光変換光学系の記載は省略されているが、実施例１と同様のものまたは同等の作用を有するものを適宜用いることができる。この投写型表示装置では、色分解手段として、第１の色光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に変換する特定波長偏光変換素子４２と、入射光の偏光方向に応じて分離を行なうＰＢＳ４３とを備えている。また、ＰＢＳ４３と各ＰＢＳ１９、２６との間には、偏光板１８ｃ、１８ｂが配されており、各光束の偏光方向のズレを調整している。また、ＰＢＳ２６の光出射側（投写レンズ側）に、第３の色光の偏光をＰ偏光からＳ偏光に変換する特定波長偏光変換素子２７ａが配され、その後段の偏光板２２ｄはＳ偏光を透過するものとされている。また、偏光板２２ｃもＳ偏光を透過するものとされ、ダイクロイックプリズム２９で合成されて出射される光束は、全てＳ偏光として出射される。
【００６３】
また、図４の側面図において、ＲＬＣＤ２１ｃからダイクロイックプリズム２９までの光軸Ｘに対し、投写レンズの光軸ＸＬがシフトして配置されているとおり、この投写型表示装置では、投写レンズを構成する第１レンズ群Ｇ１、および第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂを一体的に、光軸と垂直な方向に移動可能とされている。これは、通常、この装置よりも上方に投写して使用されることの多い、投写型表示装置の使用形態に対応させるためである。
【００６４】
この投写型表示装置は、本発明に係る投写レンズを用いているので、その投写レンズの作用効果を装置としても発揮できるものであり、特にコンパクトな装置構成とすることができることは、図３からも明らかである。
【００６５】
＜実施例３＞
図５〜図７は、本発明の実施例３に係る投写レンズ、およびこれを用いた投写型表示装置の構成を示す図である。図５（ａ）、図５（ｂ）は、この投写型表示装置の照明光学系６１から投写レンズ３０までの断面図であり、図６はこの投写レンズ３０の構成を示す図であり（ただし全反射ミラー６６による光路折り曲げは省略している）、図７は照明光学系６１からスクリーンまでを含めたこの投写型表示装置のセット全体の断面図である。図６は、実施例１の図２と略同様に、１つの第２レンズ群Ｇ２ｂおよびそれに対応する１つのＲＬＣＤ２１ｃまでの構成を代表として記載している。また、第２レンズ群Ｇ２ａと第２レンズ群Ｇ２ｂとは同様に構成されている。
【００６６】
本実施例に係る投写レンズ３０は実施例１のものと略同様の構成とされているが、この投写レンズの第１レンズ群Ｇ１は第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９よりなり、第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂは第１０レンズＬ１０〜第１２レンズＬ１２よりなる。また、この投写レンズ３０では、第１レンズＬ１の両面が非球面とされている。この非球面の形状は下記非球面式により表される。
【００６７】
【数１】
2005189478.tif 000006
【００６８】
下記表４に、本実施例の投写レンズ３０の、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。また、表４の下段にこの投写レンズに対応するライトバルブ（ＲＬＣＤ）の対角サイズＬＶＤおよびＦナンバを示す。また、下記表５に、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の値を示す。
【００６９】
【表４】
2005189478.tif 000007
【００７０】
【表５】
2005189478.tif 000008
【００７１】
また、この投写レンズの条件式（Ａ）〜（Ｃ）に関する値は後掲のとおりとなっており、条件式（Ａ）〜（Ｃ）を全て満足している。従ってこの投写レンズは、レンズのワイド化にも適した、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有する投写レンズとされている。
【００７２】
次にこの投写型表示装置の構成について説明する。図５および図７では、装置構成の説明を簡略にするために、光源から色分解手段の前段までを照明光学系６１、色分解手段から色合成手段までを色分解合成システム６２として示している（後述する図８および図１０においても同様である）。この装置構成は、色分解合成システム６２に入射する前段の照明光学系６１の光軸と、色分解合成システム６２から射出された後段の第１レンズ群Ｇ１の光軸とが、略平行な例である。照明光学系６１の中では光路折り曲げがなく、第１レンズ群Ｇ１の中で平面状の全反射ミラー６６にて光路折り曲げを行っている。第１レンズ群Ｇ１の後段では全反射ミラー６４ｃにより、光路が折り曲げられて、スクリーン６５に画像が投写される。
【００７３】
なお、光源ランプ１０からの光束は楕円面鏡よりなるリフレクタ５５で反射され発散レンズ５６により略平行光とされて第１のレンズアレイ１２に入射される。また、偏光板２４は、ＰＢＳ１９から出射された光束の偏光方向のズレを調整するものである。この位置には偏光板２４に代えて各ＲＬＣＤからの投写光束の光路長を合わせるための補正ガラスを配することもできる。さらに、ＰＢＳ２６からの光束は、合成部としてのダイクロイックプリズム２９において、透過されて他の方向から入射された光束と合成されるので、２つの互いに直交する偏光のうち透過効率が良好となる方の直線偏光（Ｐ偏光）に揃えられていることが光利用効率上好ましく、投写画像の色ムラを抑制することができる。偏光板２４に代えてこのような作用を有する位相板を配することも可能である。
【００７４】
この投写型表示装置は、本発明に係る投写レンズを用いているので、その投写レンズの作用効果を装置としても発揮できるものであり、特にコンパクトな装置構成とすることができることは、図５および図７からも明らかである。本発明の投写レンズはこのようなリア型のプロジェクションテレビの投写レンズとして用いることができ、照明光学系からスクリーンまでを含めたセット全体のサイズ縮小を重視する場合には、本発明のようなコンパクト化に適した構成が特に有用である。さらに、全反射ミラー６６のように第１レンズ群Ｇ１の中で光路折り曲げを行うことにより、照明光学系６１からスクリーン６５までを含めたセット全体のサイズを、特に所定方向にコンパクトにすることも可能となる。図７に示したとおり、スクリーン６５と全反射ミラー６４ｃとの角度を小さくして紙面左右方向に相当する装置の厚みが薄くなるように構成しても、照明光学系６１がスクリーン側に突出することなく、装置の厚みの中に収まるように配置することができる。
【００７５】
＜実施例４＞
本発明に係る投写レンズは、第１レンズ群Ｇ１の少なくとも一部が他のレンズと交換可能とされ、このレンズ交換により全系の焦点距離を変更可能に構成されることが可能である。実施例４に係る投写レンズは、実施例３に係る投写レンズの第１レンズ群Ｇ１中の、第１レンズＬ１〜第７レンズＬ７が交換可能とされた場合の例である。すなわち、実施例３の投写レンズの第１レンズＬ１〜第７レンズＬ７を本実施例の第１レンズＬ１〜第７レンズＬ７に交換することにより、投写レンズ３０の全系の焦点距離を変更することができる。本実施例のレンズ構成図は実施例３の図６と略同様である。
【００７６】
上記レンズ交換は、各々の第１レンズＬ１〜第７レンズＬ７を一体として、アタッチメントレンズのように付替える構成としてもよい。投写型表示装置の利用時においても、また、製造側に対する要請としても、投写レンズの画角や光学性能、コストとの兼合いなど求められる投写レンズは様々であるが、投写レンズの一部を共通に利用でき、他の部分を交換することで全く別の光学システムとして成立し得るように構成すれば、コストメリットが大きい。
【００７７】
下記表６に、本実施例の投写レンズの、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。なお、本実施例の投写レンズの曲率半径Ｒおよび空気間隔Ｄの値は、実施例３の投写レンズと比較可能とするため、実施例３の投写レンズの焦点距離を１として規格化されている。本実施例の投写レンズの焦点距離は1.62と実施例３のものより長くなり、画角としてはやや広角という程度で実施例３のものより狭くなるが、拡大側のレンズ、特に第１レンズＬ１のレンズ径を実施例３のものより小さくすることができ、投写レンズとしてはコンパクトな構成とすることができる。
【００７８】
【表６】
2005189478.tif 000009
【００７９】
また、この投写レンズの条件式（Ａ）〜（Ｃ）に関する値は後掲のとおりとなっており、条件式（Ａ）〜（Ｃ）を全て満足している。従ってこの投写レンズは、レンズのワイド化にも適した、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有する投写レンズとされている。
【００８０】
本実施例に係る投写レンズを用いた投写型表示装置としては、実施例３のものと略同様とすることも可能であるが、比較すると焦点距離が長い投写レンズとなるため装置としてはむしろ、後述する実施例５のリア型のプロジェクションテレビの構成が適している。このような構成とした場合は第１レンズ群Ｇ１の中で光路折り曲げを行うことも、不要となる。
【００８１】
＜実施例５＞
図８〜図１０は、本発明の実施例５に係る投写レンズ、およびこれを用いた投写型表示装置の構成を示す図である。図８（ａ）、図８（ｂ）は、この投写型表示装置の照明光学系６１から投写レンズ３０までの断面図であり、図９はこの投写レンズ３０の構成を示す図であり、図１０は照明光学系６１からスクリーン６５までを含めたこの投写型表示装置のセット全体の断面図である。図９は、実施例１の図２と略同様に、１つの第２レンズ群Ｇ２ａおよびそれに対応する１つのＲＬＣＤ２１ａまでの構成を代表として記載している。また、第２レンズ群Ｇ２ａと第２レンズ群Ｇ２ｂとは同様に構成されている。
【００８２】
本実施例に係る投写レンズ３０は実施例１のものと略同様の構成とされているが、この投写レンズの第１レンズ群Ｇ１は第１レンズＬ１〜第６レンズＬ６よりなり、第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂは第７レンズＬ７〜第９レンズＬ９よりなる。また、この投写レンズ３０では、第１レンズＬ１の両面が非球面とされている。
【００８３】
下記表７に、本実施例の投写レンズ３０の、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。また、表７の下段にこの投写レンズに対応するライトバルブ（ＲＬＣＤ）の対角サイズＬＶＤおよびＦナンバを示す。また、下記表８に、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の値を示す。
【００８４】
【表７】
2005189478.tif 000010
【００８５】
【表８】
2005189478.tif 000011
【００８６】
また、この投写レンズの条件式（Ａ）〜（Ｃ）に関する値は後掲のとおりとなっており、条件式（Ａ）〜（Ｃ）を全て満足している。従ってこの投写レンズは、レンズのワイド化にも適した、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有する投写レンズとされている。投写レンズの画角が実施例３のものより狭くても許容される場合には、本実施例のもののように拡大側のレンズ、特に第１レンズＬ１のレンズ径を実施例３のものより小さくすることができ、投写レンズとしてはコンパクトな構成にできるという利点もある。
【００８７】
次にこの投写型表示装置の構成について説明する。この装置構成は、色分解合成システム６２に入射する前段の照明光学系６１の光軸と、色分解合成システム６２から射出された後段の第１レンズ群Ｇ１の光軸とが、略直交する例である。色分解合成システム６２より後段の第１レンズ群Ｇ１の中では光路折り曲げがなく、照明光学系６１の中では全反射ミラー５０にて光路折り曲げを行っている。第１レンズ群Ｇ１の後段では２つの全反射ミラー６４ａ、６４ｂにより、光路が折り曲げられて、スクリーン６５に画像が投写される。
【００８８】
この投写型表示装置は、本発明に係る投写レンズを用いているので、その投写レンズの作用効果を装置としても発揮できるものであり、特にコンパクトな装置構成とすることができることは、図８および図１０からも明らかである。図１０に示されるとおり、この投写レンズは実施例３のものとは異なるタイプのリア型のプロジェクションテレビの投写レンズとして用いることができる。スクリーン６５と全反射ミラー６４ｂとの角度は実施例３のもの（図７）より若干大きくなっている。
【００８９】
＜実施例６＞
図１１は、本発明の実施例６に係る投写レンズ構成を示す図であり、実施例１の図２と略同様に、１つの第２レンズ群Ｇ２ｂおよびそれに対応する１つのＲＬＣＤ２１ｂまでの部分について、レンズ番号、面番号、レンズ面間隔番号を代表として記載している。また、第２レンズ群Ｇ２ａ〜Ｇ２ｃは同様に構成されている。本実施例に係る投写レンズは実施例１のものと略同様の構成とされているが、この投写レンズの第１レンズ群Ｇ１は第１レンズＬ１〜第７レンズＬ７よりなり、第２レンズ群Ｇ２ａ〜Ｇ２ｃは第８レンズＬ８〜第１０レンズＬ１０よりなる。また、この投写レンズは内部にマスクＭ１、Ｍ２を備えている。また、この投写レンズでは、第１レンズＬ１の両面が非球面とされている。
【００９０】
また、図示されるとおり、この投写レンズの合成部としてのクロスダイクロイックプリズム４８には、複数のライトバルブとしてのＲＬＣＤ２１ａ〜ｃからの各光束が、３つの互いに異なる方向から入射される。クロスダイクロイックプリズム４８は、内部に２面のダイクロイック面を有し、ＲＬＣＤ２１ａ、２１ｃからの光束を反射し、ＲＬＣＤ２１ｂからの光束を透過することにより、各光束を合成する。
【００９１】
この投写レンズでは、ＲＬＣＤ２１ａ〜ｃからの各光束が、照明光束と投写光束とを分離する分離部としてのＰＢＳ１９ａ〜ｃを介し、第２レンズ群Ｇ２ａ〜Ｇ２ｃのうちのいずれかを各々１度通過して合成部に入射するように、３つの第２レンズ群Ｇ２ａ〜Ｇ２ｃが配置されており、各色光用の画像情報を担持した投写光束には、ＲＬＣＤ２１ａで反射された第１の色光光束に関しては第２レンズ群Ｇ２ａと第１レンズ群Ｇ１が、ＲＬＣＤ２１ｂで反射された第２の色光光束に関しては第２レンズ群Ｇ２ｂと第１レンズ群Ｇ１が、また、ＲＬＣＤ２１ｃで反射された第３の色光光束に関しては第２レンズ群Ｇ２ｃと第１レンズ群Ｇ１が、それぞれ投写レンズとして作用していることになる。また、偏光板２４ａ〜ｃについては、実施例３の装置について説明した偏光板２４ものと同様である。偏光板２４ａ〜ｃの少なくとも１つを、補正ガラスまたは位相板とすることも可能である。
【００９２】
下記表９に、本実施例の投写レンズの、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。また、表９の下段にこの投写レンズに対応するライトバルブ（ＲＬＣＤ）の対角サイズＬＶＤおよびＦナンバを示す。また、下記表１０に、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の値を示す。
【００９３】
【表９】
2005189478.tif 000012
【００９４】
【表１０】
2005189478.tif 000013
【００９５】
また、この投写レンズの条件式（Ａ）〜（Ｃ）に関する値は後掲のとおりとなっており、条件式（Ａ）〜（Ｃ）を全て満足している。本発明の投写レンズとしては、その合成部に２つの互いに異なる方向からの光束が入射されるものに限られず、このように３つの互いに異なる方向から光束が入射されるように構成することも可能である。このような構成とされた場合にも、２つの第２レンズ群を配置した構成と略同様に、レンズのワイド化にも適した、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有する投写レンズとすることができる。また、投写光束の偏光特性を乱してしまう虞がなく、光の利用効率やコントラストも良好とすることができ、さらに、第２レンズ群Ｇ２ａ〜Ｇ２ｃの縮小側を略テレセントリックに構成することにより、光利用効率も良好となり画面上での照度分布や色度分布の均一性を確保可能となる点も同様である。
【００９６】
さらに、この実施例からも明らかなように、本発明によれば色合成手段（合成部）としてクロスダイクロイックプリズムを用いた場合であっても、合成部の前段には各色光に対応して３つの第２レンズ群が配置されているので、クロスダイクロイックプリズムのクロスラインによる影響が、投写画面上で目立ちにくい。
【００９７】
この投写レンズを用いた投写型表示装置の構成としては、図１１では光源部、インテグレータ光学系、および偏光変換光学系等の、ＰＢＳ１９ａ〜ｃに照明光束を入射させるまでの部材の記載は省略されているが、実施例１と同様のものまたは同等の作用を有するものや、光路を変向させるための部材を適宜用いることができる。この投写型表示装置も、本発明に係る投写レンズを用いているので、その投写レンズの作用効果を装置としても発揮できるものであり、特にコンパクトな装置構成とすることができることは、図１１からも明らかである。
【００９８】
＜実施例７＞
図１２は、本発明の実施例７に係る投写レンズの構成を示す図であり、実施例１の図２と略同様に、１つの第２レンズ群Ｇ２ｂおよびそれに対応する１つのＲＬＣＤ２１ｃまでの部分について、レンズ番号、面番号、レンズ面間隔番号を代表として記載している。また、第２レンズ群Ｇ２ａと第２レンズ群Ｇ２ｂとは同様に構成されている。本実施例に係る投写レンズは実施例１や実施例３のものと略同様の構成とされているが、この投写レンズの第１レンズ群Ｇ１は第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９よりなり、第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂは第１０レンズＬ１０〜第１２レンズＬ１２よりなる。また、この投写レンズでは、第１レンズＬ１の両面が非球面とされている。
【００９９】
下記表１１に、本実施例の投写レンズの、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。また、表１１の下段にこの投写レンズに対応するライトバルブ（ＲＬＣＤ）の対角サイズＬＶＤおよびＦナンバを示す。また、下記表１２に、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の値を示す。
【０１００】
【表１１】
2005189478.tif 000014
【０１０１】
【表１２】
2005189478.tif 000015
【０１０２】
また、この投写レンズの条件式（Ａ）〜（Ｃ）に関する値は後掲のとおりとなっており、条件式（Ａ）〜（Ｃ）を全て満足している。従ってこの投写レンズは、レンズのワイド化にも適した、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有する投写レンズとされている。
【０１０３】
この投写レンズを用いた投写型表示装置の構成としては、図１２では光源部、インテグレータ光学系、および偏光変換光学系等の、ＰＢＳ１９、２６に照明光束を入射させるまでの部材の記載は省略されているが、実施例１と同様のものまたは同等の作用を有するものを適宜用いることができる。ＰＢＳ２６には、ＲＬＣＤ２１ｂ、２１ｃに対応する色光が、互いに偏光が異なる状態で入射されるように構成される。この投写型表示装置も、本発明に係る投写レンズを用いているので、その投写レンズの作用効果を装置としても発揮できるものであり、特にコンパクトな装置構成とすることができることは、図１２からも明らかである。
【０１０４】
＜実施例８＞
本発明に係る投写レンズは、複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの第２レンズ群の縮小側に、少なくとも２つのライトバルブからの光束を合成する、交換可能な偏光分離プリズムが配置され、この偏光分離プリズムの交換に伴う該偏光分離プリズムの材料の変化によって生じる結像性能の変化を補正するように、該偏光分離プリズムの交換に対応させて、第１レンズ群の一部のレンズおよび／または第２レンズ群を交換可能に構成することができる。
【０１０５】
実施例８に係る投写レンズは、実施例７に係る投写レンズにおいて第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの縮小側に配置された、照明光束と投写光束とを偏光状態に応じて分離する分離部としてのＰＢＳ１９、２６、ならびに第１レンズ群Ｇ１の一部のレンズ第６レンズＬ６〜第９レンズＬ９および第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの第１０レンズＬ１０〜第１２レンズＬ１２を交換可能に構成した場合の交換例である。例えばＰＢＳ２６のＮｄが実施例７において1.84138であったものが、実施例８において1.80100のものに変更されているが、実施例８の第６レンズＬ６〜第９レンズＬ９および第１０レンズＬ１０〜第１２レンズＬ１２は、このようなＰＢＳ２６の交換に伴うＰＢＳ２６の材料の変化によって生じる結像性能の変化を補正するように構成されている。本実施例のレンズ構成図は実施例７の図１２と略同様である。また、第２レンズ群Ｇ２ａと第２レンズ群Ｇ２ｂとは同様に構成されている。
【０１０６】
下記表１３に、本実施例の投写レンズの、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。また、表１３の下段にこの投写レンズに対応するライトバルブ（ＲＬＣＤ）の対角サイズＬＶＤおよびＦナンバを示す。また、下記表１４に、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の値を示す。
【０１０７】
【表１３】
2005189478.tif 000016
【０１０８】
【表１４】
2005189478.tif 000017
【０１０９】
また、この投写レンズの条件式（Ａ）〜（Ｃ）に関する値は後掲のとおりとなっており、条件式（Ａ）〜（Ｃ）を全て満足している。従ってこの投写レンズは、レンズのワイド化にも適した、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有する投写レンズとされている。
【０１１０】
一般に偏光分離プリズム（ＰＢＳ）は、使用条件によっては偏光特性が変化しやすく、気圧や温度の変化によっては設計時の偏光分離性能を得られない場合もある。特に、ＰＢＳの材料を低コストなものにしたり、環境保護の観点から鉛を含まないものとした場合にはこのような偏光特性の変化が生じやすく、色ムラやコントラスト低下を招くことがある。このような場合に対応するため、ＰＢＳを使用条件に応じて交換可能とし、他の部分はできるだけそのまま利用できるような構成とすれば、低コストで所定の性能を得ることができ、汎用性の高い投写レンズとすることができる。なお、ＰＢＳの交換に伴い交換されるレンズは、上述したとおりの第１レンズ群の一部のレンズおよび第２レンズ群全体とする場合だけでなく、第１レンズ群の一部のみ、または第２レンズ群のみとする構成も可能である。
【０１１１】
本実施例に係る投写レンズを用いた投写型表示装置としては、例えば実施例７のものと略同様とすることも可能である。この投写型表示装置も、本発明に係る投写レンズを用いているので、その投写レンズの作用効果を装置としても発揮できるものとなる。
【０１１２】
＜実施例９＞
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、本発明の実施例９に係る投写レンズの構成を示す図である。図１３（ａ）は、この投写レンズの平面図であり、図１３（ｂ）その側面図である(ただし、遠方の部材は省略されている)。また、図１３（ａ）は、この投写レンズの構成を示す図を兼ねており、実施例１の図２と略同様に、１つの第２レンズ群Ｇ２ａおよびそれに対応する１つのＲＬＣＤ２１ａまでの構成を代表として記載している。また、第２レンズ群Ｇ２ａと第２レンズ群Ｇ２ｂとは同様に構成されている。
【０１１３】
本実施例に係る投写レンズは実施例２のものと略同様にズームレンズの構成とされているが、この投写レンズの第１レンズ群Ｇ１は、レンズ群Ｇ１１が第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３よりなり、レンズ群Ｇ１２が第４レンズＬ４および第５レンズＬ５よりなり、レンズ群Ｇ１３が第６レンズＬ６および第７レンズＬ７よりなり、レンズ群Ｇ１４が第８レンズＬ８よりなり、レンズ群Ｇ１５が第９レンズＬ９および第１０レンズＬ１０よりなる。また、第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂは第１１レンズＬ１１および第１２レンズＬ１２よりなり、第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂ中のレンズ間隔および第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂとの群間隔は固定とされている。
【０１１４】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）はこの投写レンズの広角端におけるレンズ位置を示しており、望遠側に向かうにしたがってレンズ群Ｇ１２〜Ｇ１４が、図１３（ｂ）の矢印に示されるように移動する。また、第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側には、ズーミング時において固定とされ負のパワーを有するレンズ群Ｇ１１が配置されている。この投写レンズも、ズームレンズとして実施例２のものと略同様にその作用効果を得ることができる。
【０１１５】
下記表１５に、本実施例の投写レンズの、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。また、表１５の下段にこの投写レンズに対応するライトバルブ（ＲＬＣＤ）の対角サイズＬＶＤおよびＦナンバを示す。また、下記表１６に、ワイド端およびテレ端におけるレンズ群Ｇ１１とレンズ群Ｇ１２の距離（移動１）、レンズ群Ｇ１２とレンズ群Ｇ１３の距離（移動２）、レンズ群Ｇ１３とレンズ群Ｇ１４の距離（移動３）およびレンズ群Ｇ１４とレンズ群Ｇ１５の距離（移動４）を示す。
【０１１６】
【表１５】
2005189478.tif 000018
【０１１７】
【表１６】
2005189478.tif 000019
【０１１８】
また、この投写レンズの条件式（Ａ）〜（Ｃ）に関する値は後掲のとおりとなっており、条件式（Ａ）〜（Ｃ）を全て満足している。従ってこの投写レンズは、レンズのワイド化にも適した、コンパクトで低コスト化が可能でありながら良好な光学性能を有する投写レンズとされている。
【０１１９】
この投写レンズを用いた投写型表示装置の構成としては、図１３では光源部、インテグレータ光学系、および偏光変換光学系等の、ＰＢＳ１９、２６に照明光束を入射させるまでの部材の記載は省略されているが、実施例１と同様のものまたは同等の作用を有するものを適宜用いることができる。この投写型表示装置も、本発明に係る投写レンズを用いているので、その投写レンズの作用効果を装置としても発揮できるものであり、特にコンパクトな装置構成とすることができることは、図１３からも明らかである。
【０１２０】
また、図１３（ｂ）の側面図において、ＲＬＣＤ２１ａとＰＢＳ１９の光軸Ｘに対し、投写レンズの光軸ＸＬがシフトして配置されているとおり、この投写型表示装置では、投写レンズを構成する第１レンズ群Ｇ１、合成部としてのダイクロイックプリズム２９、および第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂを一体的に、光軸と垂直な方向に移動可能とされている。これは、通常、この装置よりも上方に投写して使用されることの多い、投写型表示装置の使用形態に対応させるためである。
【０１２１】
ここで、上述した実施例１〜実施例９に係る投写レンズについて、条件式（Ａ）〜（Ｃ）に関する値を表１７に示す。
【０１２２】
【表１７】
2005189478.tif 000020
【０１２３】
また、図１４〜図２４は、上述した実施例１〜実施例９に係る投写レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。図１４は実施例１に係る投写レンズの、拡大側結像位置（スクリーン位置）からレンズ第１面までの距離（以下、拡大側位置と称する）139.5における収差図である。図１５および図１６は実施例２に係る投写レンズのワイド端およびテレ端での、拡大側位置98.2における収差図である。図１７は実施例３に係る投写レンズの拡大側位置79.5における収差図である。図１８は実施例４に係る投写レンズの拡大側位置130.6における収差図である。図１９は実施例５に係る投写レンズの拡大側位置122.2における収差図である。図２０は実施例６に係る投写レンズの拡大側位置119.9における収差図である。図２１は実施例７に係る投写レンズの拡大側位置79.9における収差図である。図２２は実施例８に係る投写レンズの拡大側位置79.9における収差図である。図２３および図２４は実施例９に係る投写レンズのワイド端およびテレ端での、拡大側位置110.4における収差図である。図１４〜図２４に示されるとおり、実施例１〜実施例９に係る投写レンズは諸収差が良好に補正されたものとされている。
【０１２４】
＜実施例１０＞
図２５は、本発明の実施例１０に係る投写型表示装置の構成を示す図である。実施例１０は図示のとおり、投写レンズ３０の合成部としての１つのＰＢＳ５２が色分解手段を兼ねる構成とされた装置の構成例を示すものである。投写レンズ３０としては上述した実施例１に係るものを用いた図とされているが、これに限定されるものではない。
【０１２５】
この投写型表示装置の、コンデンサレンズ１７より前段の構成は実施例１のものと略同様であり、さらに光路変向を行う全反射ミラー５０が配されている。また、この装置では、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する特定波長偏光変換素子５１と、入射光の偏光方向に応じて分離を行なうＰＢＳ５２とが色分解手段として作用する。偏光変換光学系１４でＳ偏光とされた光束は、コンデンサレンズ１５、１７を介し、偏光板４１により偏光方向のズレを調整された後、特定波長偏光変換素子５１により第２、第３の色光の偏光をＰ偏光に変換されてＰＢＳ５２に入射され、ＰＢＳ５２により入射光の偏光方向に応じて第１の色光と、残りの第２、第３の色光とに分解され、互いに異なる方向へ出射される。ＰＢＳ５２は、内部の偏光分離膜の作用により、Ｓ偏光の第１の色光を直角反射し、Ｐ偏光の第２、第３の色光を透過する。ＰＢＳ５２により反射された第１の色光は、第２レンズ群Ｇ２ａおよびガラスプリズム５３を介してこの第１の色光を画像変調させるＲＬＣＤ２１ａへ導かれる。
【０１２６】
ＰＢＳ５２で透過された第２、第３の色光は、第２レンズ群Ｇ２ｂを介してダイクロイックプリズム５４に入射される。このダイクロイックプリズム５４は、内部に第３の色光を反射させる分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されたガラスプリズムであり、第２の色光に関してもダイクロイック膜に対してその入射角が45°となるように設定されている。これにより、第２の色光はダイクロイックプリズム５４を透過して第２の色光を画像変調させるＲＬＣＤ２１ｂを照射し、第３の色光はダイクロイックプリズム５４内部で反射されて第３の色光を画像変調させるＲＬＣＤ２１ｃを照射する。
【０１２７】
各ＲＬＣＤ２１ａ〜ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、経路を逆行して合成部としてのＰＢＳ５２に各々戻されるが、ＰＢＳ５２から出射されたものと異なる方の偏光とされている。そのため、第１の色光はＰＢＳ５２を透過し、第２、第３の色光はＰＢＳ５２で反射されて合成されることになる。なお、各ＲＬＣＤ２１ａ〜ｃの前段には、投写画面のコントラスト向上を図るために、１/４波長板２０ａ〜ｃが配されている。また、偏光板４１は偏光方向のズレを調整し、光の利用効率低下や投写画面上でのコントラスト低下を防止する。また、ガラスプリズム５３は、第１の色光の光路長を第２、第３の色光の光路長に合わせて調整するために、配されたものである。
【０１２８】
本実施例の装置構成によれば、投写レンズ３０の合成部としてのＰＢＳ５２は、光源から出射された白色光を、第１の色光と、その余の第２、第３の色光の合成光とに分解し、互いに異なる方向へ出射させるとともに、互いに異なる方向から入射された画像変調された、第１の色光と、その余の第２、第３の色光との合成光を合成し、出射する色分解合成手段として機能している。そしてＰＢＳ５２により分解された各色光の光路上であってＰＢＳ５２により合成される各色光の光路上には、投写レンズ３０の第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂが配されている。この第２レンズ群Ｇ２ａと第１レンズ群Ｇ１、ならびに、この第２レンズ群Ｇ２ｂと第１レンズ群Ｇ１が、各々投写レンズ３０となるように構成されている。
【０１２９】
すなわち、この投写型表示装置では、合成部としてのＰＢＳ５２および第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂが、照明光学部の光路上に配置され、インテグレート部からの光束を複数のライトバルブ（ＲＬＣＤ２１ａ〜ｃ）へ導く照明光学系の一部としても機能するように構成されている。このような装置構成によれば、合成部としてのＰＢＳ５２が色分解手段を兼ね、それに加えて１つのダイクロイックプリズムを配するだけで３色光の色分解および色合成を行い得るので、部材数を低減し簡易でコンパクトな構成とすることができる。また、この装置構成によれば、ＰＢＳの数を１としているので、ＰＢＳの数が多いものに比べコストと重量を低減し、環境に配慮し得る構成となっている。
【０１３０】
＜実施例１１＞
図２６は、本発明の実施例１１に係る投写型表示装置の構成を示す図である。実施例１１は図示のとおり、画像変調を行うライトバルブが透過型液晶パネル（以下、ＴＬＣＤと称する）とされた装置の構成例を示すものである。投写レンズとしては上述した実施例６に係るものを用いた図とされているが、これに限定されるものではない。
【０１３１】
この投写型表示装置の構成としては、図１３では光源部、インテグレータ光学系、および偏光変換光学系等の、色分解手段としてのダイクロイックミラー７６ａに照明光束を入射させるまでの部材の記載は省略されているが、実施例１と同様のものまたは同等の作用を有するものを適宜用いることができる。光源（不図示）からの白色光を３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解し、各色光に対応するＴＬＣＤ７１ａ〜ｃにより画像情報を担持させる過程は図３０に示した従来例３のものと略同様である。すなわち、色分解のためのダイクロイックミラー７６ａ、７６ｂ、コンデンサレンズ７７ａ〜ｃ、全反射ミラー７４が配されている。ＴＬＣＤ７１ａ〜ｃを透過し画像情報を担持した各色光は、色合成のためのダイクロイックプリズム７８、７９を介し色合成されるとともに（ダイクロイックプリズム７９が投写レンズの合成部に相当する）、投写レンズとしての第１レンズＧ１と第２レンズ群Ｇ２ａ、または第１レンズＧ１と第２レンズ群Ｇ２ｂの作用により投写される。ＴＬＣＤ７１ａからの投写光束の光路上には全反射プリズム７３が配されている。
【０１３２】
本発明に係る投写レンズとしては、複数のライトバルブは反射型液晶パネル（ＲＬＣＤ）に限られず、透過型液晶パネル（ＴＬＣＤ）を対象とする構成に対しても有効である。なお、条件式（Ｂ）のＬＶＤライトバルブ対角サイズはＴＬＣＤのものとする。この実施例のように透過型液晶パネル（ＴＬＣＤ）を用いた構成の投写型表示装置においても、本発明に係る投写レンズを用いているので、その投写レンズの作用効果を装置としても発揮できるものとなる。
【０１３３】
＜実施例１２＞
図２７は、本発明の実施例１２に係る投写型表示装置の構成を示す図である。実施例１２は図示のとおり、照明光束と投写光束とを分離する分離部として平板状のＰＢＳを用いた装置の構成例を示すものである。投写レンズとしては上述した実施例６に係るものを用いた図とされているが、これに限定されるものではない。
【０１３４】
この投写型表示装置の構成としては、実施例６（図１１）のものと略同様とされ、実施例６のＰＢＳ１９ａ〜ｃおよび偏光板２４ａ〜ｃに代えて、偏光分離板４９ａ〜ｃが配されている。このように投写型表示装置において偏光状態に応じて照明光束と投写光束とを分離する部材としては、従来よく知られた直角三角プリズム２個のプリズム接合面にコートを施したものに限られない。形状は従来のＰＢＳと同じ立方体プリズムで、格子状に凹凸を付けた平板状ＰＢＳを直角三角プリズム２個の底面で挟み込んだものを用いることもできるし、この実施例のように、ワイヤーグリッドタイプの平板状の偏光分離板を用いてもよい。ワイヤーグリッドタイプのものによれば、偏光分離角度の特性が良好となる。
【０１３５】
後段の合成部がクロスダイクロイックプリズムとなる構成かどうかに拘らず、本発明に係る投写レンズとしては、第２レンズ群Ｇ２ａ、Ｇ２ｂと各ライトバルブとの間には必ずしもプリズム状の部材が配されている必要はない。収差の許容度やコスト上等の要請に応じて、空気間隔に平板状の部材を配する構成とされていてもよい。このような場合においても、本発明の投写型表示装置は本発明に係る投写レンズを用いているので、その投写レンズの作用効果を装置としても発揮できるものとなる。
【０１３６】
本発明に係る投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置としては、上述したものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。例えば、投写レンズの光学性能としては特に色収差を良好に補正することが重要であるが、本発明の投写レンズにおいては、複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの第２レンズ群で、他の第２レンズ群に対し少なくとも一部のレンズについて、形状および／または材料が異なるレンズとして構成することにより、倍率色収差の補正を効果的に行うことができる。上記形状とは例えばレンズの曲率半径や中心厚のことであり、上記材料とは例えば屈折率やアッベ数のことである。
【０１３７】
本発明に係る投写レンズでは、各色光に分解された光束が、複数の第２レンズ群のいずれかを透過するように構成されているので、１色光が透過する第２レンズ群、例えば図１においては第２レンズ群Ｇ２ａを、その色光に関して倍率色収差を良好とするように構成すれば、投写レンズ全体としての色収差補正も良好とすることができる。複数の色光が通過する部材において、複数の色光の色収差を高度に補正しようとする場合には、高価な硝材を用いざるを得なくなるが、本発明の投写レンズでは、１色光のみが透過する第２レンズ群が存在するので、これを色収差補正に利用して低コストで高度な色収差補正が可能となる。勿論、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２ａからなる投写レンズの焦点距離と、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２ｂからなる投写レンズの焦点距離が極端に異なればスクリーンにおいて投写画像のサイズが異なってしまうので、形状および／または材料が異なるレンズとする場合にも、適正な範囲とすることが望ましい。なお、３色光のうちではＢ光の倍率色収差が比較的補正困難であるので、この色光に対応させた第２レンズ群を配する構成がより好ましい。
【０１３８】
また、さらに簡易に倍率色収差を補正する手法としては、本発明の投写レンズにおいて、複数の第２レンズ群のうち少なくとも１つの第２レンズ群を、この第２レンズ群と第１レンズ群との間の合成部を含む群間空気換算長が、他の第２レンズ群と第１レンズ群との間の合成部を含む群間空気換算長と互いに異なるように、光軸方向に位置調整可能に構成してもよい。この場合もＢ光に対応させた第２レンズ群に関し、群間空気換算長を調整する構成がより好ましい。なお、このように群間空気換算長を調整可能とする手法は、色収差補正だけでなく、製造誤差による焦点距離のずれを調整する場合にも、利用可能である。
【０１３９】
また、本発明に係る投写レンズは、ライトバルブが反射型および透過型の液晶ライトバルブ以外の場合にも適用可能である。例えば、ライトバルブとしてＤＭＤを複数用いた場合にも、本発明の投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置はその作用効果を得ることができる。
【０１４０】
また、本発明に係る投写レンズは、合成部がダイクロイックプリズムとされているものに限られず、ＰＢＳとすることも可能である。上記実施例では、ＰＢＳは偏光特性を維持することが難しく、光の利用効率悪化や投写型表示装置とした場合のコントラスト低下の虞があったり、偏光特性の乱れを解消し得るような高コストなものは、重量が重いというだけでなく、鉛などを多く含んでいるため環境上の問題があったりするために、用いていないが、本発明の投写レンズの合成部として配置することを排除するものではない。
【０１４１】
さらに、本発明の投写型表示装置の構成としては、種々の態様の変更が可能である。例えば、３色光成分の分解または合成の過程において、いずれの色光を反射しいずれの色光を透過するように構成されていてもよい。また、各色光に対応するライトバルブの位置も上述したものに限られない。また、色分解手段に入射する光束は偏光方向が統一されていることが好ましいものであって、Ｓ偏光に限られず、Ｐ偏光とされた光束が入射するように構成されていてもよい。また、３色光成分の分解合成過程およびこれらの光束の偏光状態の設定に関しては、３色光成分が各々照射される位置に、対応する色光用のライトバルブが配置されるように、色分解手段、ライトバルブ前段のＰＢＳ、および色合成手段の、膜構成および配置を適宜設定することができる。この場合、偏光板および特定波長偏光変換素子も適宜配置することができる。
【０１４２】
これらの設定は、例えば、装置の解像力を重視する場合には、目の視感度の最も高いＧ光について、ライトバルブから投写面までの間で反射回数が最も少なくなるよう配置することが好ましい。また、装置のコントラストを重視する場合には、偏光を分離や合成する面では一般的にＰ偏光の透過効率よりもＳ偏光の反射効率が良いことを考慮する必要があり、この場合には、Ｇ光の偏光方向や３色光成分に対応する各ライトバルブの配置によって、ライトバルブから投写面までの間でＧ光に反射を用いた方が良い場合もある。また、明るさ重視、熱問題重視など様々な条件によって最適な配置は異なるものとなる。
【０１４３】
また、本発明の投写型表示装置の構成としては、フロントプロジェクタとして使用する場合や、分離部に対するライトバルブの配設位置によっても、要請される装置構成は様々であり、条件により光路の折り曲げ回数や、折り曲げ方向も任意に設定可能である。但し、折り曲げ回数が少ない方が、反射による効率ロスが少なく明るさなどの面で有利であるし、組立精度やコスト的にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】実施例１に係る投写レンズを備えた投写型表示装置の概略構成図
【図２】実施例１に係る投写レンズの構成図
【図３】実施例２に係る投写レンズを備えた投写型表示装置の概略構成図
【図４】実施例２に係る投写レンズを備えた投写型表示装置の概略構成図
【図５】実施例３に係る投写レンズを備えた投写型表示装置の概略構成図
【図６】実施例３に係る投写レンズの構成図
【図７】実施例３に係る投写レンズを備えたリア型プロジェクションテレビの全体断面図
【図８】実施例５に係る投写レンズを備えた投写型表示装置の概略構成図
【図９】実施例５に係る投写レンズの構成図
【図１０】実施例５に係る投写レンズを備えたリア型プロジェクションテレビの全体断面図
【図１１】実施例６に係る投写レンズの構成図
【図１２】実施例７に係る投写レンズの構成図
【図１３】実施例９に係る投写レンズの構成図
【図１４】実施例１に係る投写レンズの諸収差を示す図
【図１５】実施例２に係る投写レンズのワイド端における諸収差を示す図
【図１６】実施例２に係る投写レンズのテレ端における諸収差を示す図
【図１７】実施例３に係る投写レンズの諸収差を示す図
【図１８】実施例４に係る投写レンズの諸収差を示す図
【図１９】実施例５に係る投写レンズの諸収差を示す図
【図２０】実施例６に係る投写レンズの諸収差を示す図
【図２１】実施例７に係る投写レンズの諸収差を示す図
【図２２】実施例８に係る投写レンズの諸収差を示す図
【図２３】実施例９に係る投写レンズのワイド端における諸収差を示す図
【図２４】実施例９に係る投写レンズのテレ端における諸収差を示す図
【図２５】実施例１０に係る投写型表示装置の概略構成図
【図２６】実施例１１に係る投写型表示装置の概略構成図
【図２７】実施例１２に係る投写型表示装置の概略構成図
【図２８】第１の従来例に係る投写型表示装置の概略構成図
【図２９】第２の従来例に係る投写型表示装置の概略構成図
【図３０】第３の従来例に係る投写型表示装置の概略構成図
【図３１】第４の従来例に係る投写型表示装置の概略構成図
【符号の説明】
【０１４５】
１０  光源
１１、５５  リフレクタ
１２、１３  レンズアレイ
１４  偏光変換光学系
１５、１７、１７ａ、１７ｂ、７７ａ〜ｃ、５７７ａ〜ｃ、６７７ａ〜ｃ  コンデンサレンズ
１６、７６ａ、７６ｂ、４１６、４７０、５１６、５７０、５７８、５７９、６１６、６７０  ダイクロイックミラー
１８ａ〜ｃ、２２ａ〜ｄ、２４、２４ａ〜ｃ、４１  偏光板
１９、１９ａ〜ｃ、２６、４３、５２、３１９、３２６、３４３、４１９ａ〜ｃ  偏光分離プリズム
２０ａ〜ｃ、３２０ａ〜ｃ、４２０ａ〜ｃ  １／４波長板
２１ａ〜ｃ、３２１ａ〜ｃ、４２１ａ〜ｃ  反射型液晶パネル
２５、２７、２７ａ、４２、５１、３４２  特定波長偏光変換素子
２９、５４、７８、７９、３２９  ダイクロイックプリズム
３０、３３０、４３０、５３０、６３０  投写レンズ
４８、４４８、６４８  クロスダイクロイックプリズム
４９ａ〜ｃ  偏光分離版
５０、６４ａ〜ｃ、６６、７４、４７４、５７４ａ、５７４ｂ、６７４ａ〜ｃ  全反射ミラー
５３  ガラスプリズム
５６  レンズ
６１  照明光学系
６２  色分解合成システム
６５  スクリーン
７１ａ〜ｃ、５７１ａ〜ｃ、６７１ａ〜ｃ  透過型液晶パネル
７３  全反射プリズム
３１８、３２２  プリズム連結部
３２５、３２７  特定波長偏光変換素子を含むプリズム連結部
５８０ａ〜ｃ  フィールドレンズ
Ｇ１、Ｇ２ａ〜Ｇ２ｃ、Ｇ１１〜Ｇ１５  レンズ群
Ｌ１〜Ｌ１４  レンズ
Ｒ１〜Ｒ３４  曲率半径
Ｄ１〜Ｄ３３  軸上面間隔
Ｘ、ＸＬ  光軸
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２  マスク
【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年1月19日(2005.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
【表１７】
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