JP2003066329A

JP2003066329A - 投射レンズ、及び映像表示装置

Info

Publication number: JP2003066329A
Application number: JP2001260069A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Sugano; 靖之菅野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】バックフォーカスが長く、テレセントリック
性を有し、高コントラストで投射でき、歪曲収差等の諸
収差が少ないレトロフォーカスタイプの投射レンズを得
る。【解決手段】スクリーン側から画像形成素子側にか
けて、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正
の屈折力を有する第２レンズ群を配置してレトロフォー
カスタイプのレンズを形成した上で、第２レンズ群の前
側焦点位置をＦＦＰ２、絞りと第２レンズ群の間隔をＤ
ｓｔ、第２レンズ群の画像形成素子側の面と画像形成素
子との空気換算間隔をＦＢ、全系の焦点距離をＦＬとし
て［０．８＜｜ＦＦＰ２／Ｄｓｔ｜＜１．０６］［ＦＢ
／ＦＬ＞１．５４］の条件式を満たすようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投射レンズ、及び
この投射レンズを備えて構成される映像表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プロジェクション表示装置が広く
普及している。このようなプロジェクション表示装置と
して、１つには、透過型のスクリーンに対してその背面
側から画像光を投射することにより表示を行う、いわゆ
る背面投射型が知られている。また、１つには、反射型
のスクリーンに対してその前面から画像光を投射するこ
とにより表示を行う、いわゆるフロント投射型が知られ
ている。

【０００３】上記のようなプロジェクション表示装置で
は、例えば、白色光源の光をリフレクタ等によりコリメ
ートした光束が色分解ミラーで、赤、緑、青の３色の光
束に分解される。そして、上記３色の光束は、赤、緑、
青（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の映像電気信号に応じて形成される各
２次元画像表示素子（例えばＬＣＤ；Liquid Crystal D
isplay）に入光される。これら赤、緑、青に対応する各
２次元画像表示素子上に得られた像光は、色合成光学系
にて白色に色合成され、投射レンズを介して透過型若し
くは反射型のスクリーンに対して拡大投射される。

【０００４】なお、同様な構成のレンズとして、クイッ
クリターンミラーによる制限等を考慮して、バックフォ
ーカスの長い一眼レフカメラ用の広角系の写真レンズ
や、ＣＲＴ(Cathode Ray Tube)によるプロジェクション
テレビ用の広角投射レンズも数多く提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなプロジェ
クション表示装置の構成では、色合成光学系として、ダ
イクロイックプリズムまたはダイクロイックミラー等の
光学素子を配置する必要上の制限から、２次元画像表示
素子から投射レンズの最後端までの距離に相当する、い
わゆるバックフォーカスを長めに確保しなければならな
い。特に２次元画像表示素子として反射型を用いる場合
には、色分離／合成光学系として、透過型２次元画像表
示素子を用いると共に、このような色分離／合成光学系
に対して偏光ビームスプリッターが付加されることとな
るので、バックフォーカスは相当に長くすることが要求
される。

【０００６】また、２次元画像表示素子に光源から至る
光を透過させ、２次元画像表示素子上の画像を高いコン
トラストでスクリーンに拡大投影するには、２次元画像
表示素子から、垂直に近い角度で射出してくる光束を利
用しなければならない。従って、投射レンズの軸外の主
光線が２次元画像表示素子に垂直となるようにテレセン
トリック性を有することが必要となる。

【０００７】また、２次元画像表示素子には、通常ＬＣ
Ｄ等のディスプレイデバイスが採用されるが、ＬＣＤは
マトリックス電極を用いて駆動されるため、ＣＲＴを用
いた場合と異なり、投射レンズの歪曲を補正することは
困難である。つまり、ＣＲＴの場合であれば、糸巻き歪
み補正などのラスタ形状の補正機能を利用することで投
射レンズの歪曲を補正することが比較的容易に可能とな
るが、ＬＣＤのようにドットマトリクス表示が行われる
ディスプレイデバイスでは、このようなラスターの歪み
補正は通常行われない。上記のような事情からすれば、
投射レンズの歪曲収差は出来る限り小さいことが望まし
い。

【０００８】また、前述もしたように、投射レンズを形
成するレンズ系において、光路を変換する構造を採るよ
うにすれば、プロジェクション表示装置の高さを抑え、
奥行きを薄いものとすることができる。この結果、プロ
ジェクション表示装置の小型化を図ることが可能になる
のであるが、近年においては、このような光路変換を行
う投射レンズを備えたプロジェクション表示装置につい
ても、さらなる小型化が要求されている。また、投影映
像の高精細化も促進されている状況にある。

【０００９】また、例えば２次元画像表示素子として透
過型を採用する場合には、色合成光学系等に使用される
プリズム用光学ガラスには、アッベ数６０以上のものが
採用されるのであるが、２次元画像表示素子として反射
型を採用する場合には、色分離、合成光学系に使用する
光学ガラスには、アッベ数４０以下で比較的光弾性係数
が低く、また、波長分散性の大きいものを採用すること
になる。このために、投射レンズとしては、２次元画像
表示素子について透過型を採用する場合と反射型を採用
する場合とで、色収差補正についてこれを共通化するこ
とができず、それぞれ異なる方法を取らなければならな
い。

【００１０】また、近年においては、背面投射型のプロ
ジェクション表示装置においても小型化、薄型化が推し
進められている状況にあり、このために、装置全体の奥
行き及び高さをより小さくすることが要求されている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記し
た課題を考慮して、先ず投射レンズとして次のように構
成する。本発明の投射レンズは、複数の画像形成素子が
光源からの光を利用して形成した各映像光をスクリーン
に拡大投射して表示する映像表示装置に備えられ、入射
された上記各映像光をスクリーンに拡大投射するための
投射レンズとされる。そして、この投射レンズは、スク
リーン側から画像形成素子側にかけて、負の屈折力を有
する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２
レンズ群が配置されるレトロフォーカスタイプとされ
る。そして、（所要以上の長さのバックフォーカスを有
すると共に、）第２レンズ群の前側焦点位置をＦＦＰ
２、絞りと第２レンズ群の間隔をＤｓｔ、第２レンズ群
の画像形成素子側の面と画像形成素子との空気換算間隔
をＦＢ、全系の焦点距離をＦＬとして、０．８＜｜ＦＦＰ２／Ｄｓｔ｜＜１．０６ＦＢ／ＦＬ＞１．５４なる条件式を満足するように構成する。

【００１２】上記した構成によれば、プロジェクション
表示装置に搭載される投射レンズとしては、例えば色合
成光学系を容易に配置可能なだけの長いバックフォーカ
スと、テレセントリック性を有させることが可能とな
る。

【００１３】また、投射レンズとして次のようにも構成
する。この本発明としての投射レンズは映像表示装置に
備えられるもので、この映像表示装置は、光源からの光
を色分離手段により複数の色光に分離し、これらの分離
された色光の各々を反射型の画像形成素子により映像色
光として形成し、これら映像色光について色合成手段に
より合成した合成光をスクリーンに拡大投射して表示す
ると共に、色分離手段と色合成手段の少なくとも何れか
について複数のブロックから成るガラスプリズムを用い
るという構成を採る。そして、上記投射レンズとして
は、スクリーン側から画像形成素子側にかけて、負の屈
折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有
する第２レンズ群が配置されるレトロフォーカスタイプ
とされる。そして、（所要以上の長さのバックフォーカ
スを有すると共に、）第２レンズ群の前側焦点位置をＦ
ＦＰ２、絞りと第２レンズ群の間隔をＤｓｔ、第２レン
ズ群の画像形成素子側の面と画像形成素子との空気換算
間隔をＦＢ、全系の焦点距離をＦＬとして、０．８＜｜ＦＦＰ２／Ｄｓｔ｜＜１．０６ＦＢ／ＦＬ＞１．５４なる条件式を満足するように構成する。

【００１４】また、光源からの光を色分離手段により複
数の色光に分離し、これらの分離された色光の各々を反
射型の画像形成素子により映像色光として形成し、これ
ら映像色光について色合成手段により合成した合成光を
投射レンズによってスクリーンに拡大投射して表示する
と共に、色分離手段と色合成手段の少なくとも何れかに
ついて複数のブロックから成るガラスプリズムを用いる
映像表示装置において、上記構成による投射レンズを備
えて構成することとする。

【００１５】上記各構成によっては、反射型の画像形成
素子と色分離／合成プリズムを採用したプロジェクショ
ン表示装置において必要とされる程度の長いバックフォ
ーカスの投射レンズを形成することが可能となり、か
つ、テレセントリック性が強いとされるレトロフォーカ
スタイプのレンズ構成を得ることができる。

【００１６】また、複数の画像形成素子が光源からの光
を利用して形成した各映像光をスクリーンに拡大投射し
て表示する映像表示装置に備えられ、入射された上記各
映像光をスクリーンに拡大投射するための投射レンズと
して次のように構成する。つまり、スクリーン側から画
像形成素子側にかけて、負の屈折力を有する第１レンズ
群と、絞りと、全系中最も長い空気間隔を置いて正の屈
折力を有する第２レンズ群が配置されるレトロフォーカ
スタイプとされ、（所要以上の長さのバックフォーカス
を有すると共に、）第２レンズ群の前側焦点位置をＦＦ
Ｐ２、絞りと第２レンズ群の間隔をＤｓｔ、第２レンズ
群の画像形成素子側の面と画像形成素子との空気換算間
隔をＦＢ、全系の焦点距離をＦＬとして、０．８＜｜ＦＦＰ２／Ｄｓｔ｜＜１．０６ＦＢ／ＦＬ＞１．５４なる条件式を満足するように構成する。

【００１７】上記構成によっては、例えば投射レンズに
光路変換手段を内蔵させたときに必要とされる程度に長
いバックフォーカスを有するレンズを形成することがで
き、また、テレセントリック性が強いとされるレトロフ
ォーカスタイプのレンズ構成を得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の投射
レンズについて説明することとする。本実施の形態は、
２次元画像表示素子としてＬＣＤを採用した背面投射型
又はフロント投射型のプロジェクション表示装置、及び
このようなプロジェクション表示装置の投射装置に備え
られる投射レンズを例に説明する。

【００１９】なお、以降の説明は次の順序で行うことと
する。１．プロジェクション表示装置の構成１−１．全体構成（第１例：リアプロジェクション表示
装置）１−２．全体構成（第２例：リアプロジェクション表示
装置）１−３．全体構成（第３例：リアプロジェクション表示
装置）１−４．全体構成（第４例：フロントプロジェクション
表示装置）１−５．全体構成（第５例：フロントプロジェクション
表示装置）１−６．投射装置の内部構成（第１例）１−７．投射装置の内部構成（第２例）１−８．投射装置の内部構成（第３例）１−９．投射装置の内部構成（第４例）２．レンズ３．投射レンズの構成３−１．レンズの配置構造３−２．条件式３−３．数値実施形態等

【００２０】１．プロジェクション表示装置の構成１−１．全体構成（第１例：リアプロジェクション表示
装置）先ず、本実施の形態としてのプロジェクション表示装置
の全体構成例について説明していくこととする。

【００２１】図１（ａ）（ｂ）は、このようなプロジェ
クション表示装置の全体構成の一例を示す側面図、及び
正面図である。これらの図に示すプロジェクション表示
装置５００では、そのキャビネット５０１の背面におい
て曲折ミラー５０４が設けられ、また、キャビネット５
０１のの前面には、透過型のスクリーン２１が設けられ
る。曲折ミラー５０４は、次に説明する投射装置５０２
から投射された画像光を反射してスクリーン５０４に投
射できる角度を有して取り付けられる。

【００２２】投射装置５０２は、図のようにしてキャビ
ネット５０１内において、その下側に設置される。投射
装置５０２の光学ユニット５０３内には、後述する光
源、ダイクロイックミラー、液晶パネルブロック（ライ
トバルブ）、及びダイクロイックプリズム（光合成素
子）等の光学部品が配置されており、これらの動作によ
って画像光としての光束を得る。ここで得られた画像光
としての光束は投射レンズ２０により投射されて、投射
光６００として出射される。

【００２３】このような構造のプロジェクション表示装
置５００では、投射光６００は、曲折ミラー５０４に対
して照射されるようにして、上向きに投射レンズ２０か
ら出射される。そして、投射レンズ２０から出射された
投射光６００は曲折ミラー５０４にてその光路が折り曲
げられて、スクリーン２１に対して照射されることにな
る。スクリーン２１には、投射レンズ２０から投射され
た投射光により得られる拡大画像が表示されることにな
る。例えば鑑賞者は、投射レンズ２０が配置されている
のとは反対の方向からスクリーン２１を見ることによっ
て、表示画像を鑑賞するようにされる。

【００２４】１−２．全体構成（第２例：リアプロジェ
クション表示装置）また、本実施の形態としてのプロジェクション表示装置
の全体構成についての第２例を図２（ａ）（ｂ）に示
す。なお、この図に示されるプロジェクション表示装置
も、リアプロジェクション表示装置とされており、図１
と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００２５】この図２に示す第２例のリアプロジェクシ
ョン表示装置５００Ａには、投射装置５０２Ａが備えら
れる。この投射装置５０２Ａの投射レンズ２０では、そ
のレンズ系内において、光路を変換するための曲折ミラ
ーＭが配置される。これにより、本実施の形態では、画
像光としての光束が投射レンズ２０内で折り曲げられる
ことになる。

【００２６】このような構造のプロジェクション表示装
置５００では、投射光６００は、曲折ミラー５０４に対
して照射されるようにして、上向きに投射レンズ２０か
ら出射される。そして、投射レンズ２０から出射された
投射光６００は曲折ミラー５０４にてその光路が折り曲
げられて、スクリーン２１に対して照射されることにな
る。

【００２７】ところで、図２に示すようにして、投射レ
ンズ２０において光路を変換するという手法は、主とし
て、プロジェクション表示装置５００Ａのキャビネット
５０１の小型化を図るために採用されるものである。つ
まり、例えば図２の場合であれば、投射装置５０２Ａの
キャビネット５０３内にて得られた画像光としての光束
の光路を、投射レンズ２０において上向きに９０°変換
してやるようにしている。これにより、投射装置５０２
Ａのキャビネット５０３自体は、図２に示されるよう
に、ほぼ平置き（実際には図２（ａ）から分かるよう
に、曲折ミラー５０４に適正に投射光６００が照射され
るように斜めとなる）の状態が得られると共に、キャビ
ネット５０３の正面（投射装置５０２が取り付けられて
いる側の側面）／背面が、プロジェクション表示装置５
００のキャビネット５０１の側面に対向するようにして
設置することが可能になる。これにより、例えば、投射
レンズ２０により光路を変換しない場合に比較して、プ
ロジェクション表示装置５００Ａのキャビネット５０１
の奥行きＤを小さくすることが可能になる。また、プロ
ジェクション表示装置５００のキャビネット５０１にお
けるスクリーン２１より下側の部分のスペースも小さく
て済むことになるため、キャビネット５０１の高さＨも
小さくすることが可能となるものである。

【００２８】１−３．全体構成（第３例：リアプロジェ
クション表示装置）また、本実施の形態としてのプロジェクション表示装置
の全体構成についての第３例を図３（ａ）（ｂ）に示
す。この図に示されるプロジェクション表示装置も、リ
アプロジェクション表示装置とされ、図１及び図２と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。この図３
に示すリアプロジェクション表示装置５００Ｂでは、投
射装置５０２Ｂが設けられる。この投射装置５０２Ｂ
は、図３（ａ）に示す光路６００ａの経路からも分かる
ように、投射レンズ２０において、光路を９０°以上変
換している。

【００２９】先に図２に示した構成では、投射装置５０
２のキャビネット５０３が、斜めとなる位置状態（図２
（ａ）参照）により配置されていたのであるが、この図
３に示す投射装置５０２Ｂのようにして、光路を９０°
以上変換するようにすれば、図３（ａ）にも示されるよ
うにして、投射装置５０２Ｂを完全な平置きの状態とし
て配置させることが可能となる。

【００３０】１−４．全体構成（第４例：フロントプロ
ジェクション表示装置）図４は、本実施の形態としてのプロジェクション表示装
置の全体構成として、第３例を示している。この図に示
されるプロジェクション表示装置は、反射型のスクリー
ンに対して画像光を投射する、フロント投射型のプロジ
ェクション表示装置としての構成を有している。なお、
以降において、フロント投射型のプロジェクション表示
装置については、フロントプロジェクション表示装置と
もいうことにする。また、この図において、図１、図２
及び図３と同一とされる部位については同一符号を付し
て、ここでの詳細な説明は省略する。

【００３１】図４に示すプロジェクション表示装置５０
０Ｃにおいては、例えば図示するようにして投射装置５
０２Ｃが配置される。この場合の投射装置５０２Ｃは、
例えば図示するようにして、光学ユニット５０３と、こ
の光学ユニット５０３に含まれるものとされ、光源部５
０３ａと、投射レンズ２０から成るものとされている。
光源部５０３ａから出射された白色光は、光学ユニット
５０３内にて画像光としての光束に変換されて、投射レ
ンズ２０に対して入射されることとなる。投射レンズ２
０に入射された画像光は、投射光６００として反射型の
スクリーン２１の前面に対して拡大投射されることにな
る。

【００３２】この場合、投射レンズ２０は、その内部に
て光路変換が行われない構成とされている。このため、
投射装置５０２Ｃ内において、光源部５０３ａから投射
レンズ２０にて拡大投射されるまでの光路は、図におい
て白抜きの矢印で示すように、ほぼ水平方向にのみ沿っ
たものとなる。これに伴い、投射装置５０２Ｃとして
は、水平方向に横長となるような状態で配置されること
になる。これは、例えばキャビネット５０１の高さを小
さくするのに有利となる。

【００３３】１−５．全体構成（第５例：フロントプロ
ジェクション表示装置）図５は、本実施の形態のプロジェクション表示装置の全
体構成の第４例として、フロントプロジェクション表示
装置の他の構成例を示している。なお、この図において
図４と同一とされる部位には、同一符号を付して説明を
省略する。

【００３４】この図に示すフロントプロジェクション表
示装置５００Ｄは、投射レンズ２０内において、ほぼ９
０°の角度により光路変換を行っている。このため、キ
ャビネット５０１内に配置される投射装置５０２Ｄ内に
おける光路としては、白抜きの矢印に示すものとなる。
つまり、光源部５０３ａは下側から白色光を出射すると
共に、この光源部５０３ａからの白色光を利用して画像
光を形成する光学ユニット５０３内の光路としては、垂
直方向に沿ったものとなるようにされる。そして、光学
ユニット５０３側から投射レンズ２０の下側に入射され
た画像光は、この投射レンズ２０にて水平方向に光路変
換され、図示するように、フロントプロジェクション表
示装置５００Ｄの正面に位置するスクリーン２１に対し
て投射光６００として投射されることになる。そして、
この場合の投射装置５０２Ｄとしては、水平方向に横長
となるような状態で配置されることになるが、このよう
な配置では、キャビネット６０１の奥行きを小さくする
ことが容易に可能となるものである。

【００３５】なお、本発明の実施の形態のプロジェクシ
ョン表示装置としては、上記図１〜図５に示す構成に限
定されるものではなく、例えば、プロジェクション表示
装置のキャビネット内における投射装置の設置形態等
も、投射装置の投射レンズにおける光路変換方向等によ
って適宜変更されて構わないものである。

【００３６】１−６．投射装置の内部構成（第１例）続いて、上記図１〜図５に示した投射装置５０２，５０
２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄの内部構成につい
て、図６〜図１０の各図を参照して説明する。図６は、
本実施の形態の投射装置５０２，５０２Ａ，５０２Ｂ，
５０２Ｃ，５０２Ｄについて、第１例としての内部構造
を概念的に示している。ここでは、スクリーン２１以外
の部位が投射装置５０２，５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２
Ｃ，５０２Ｄを形成するものとされる。なお、図１、図
２及び図３に示したリアプロジェクション表示装置５０
０，５００Ａ、５００Ｂでは、投射レンズ２０とスクリ
ーン２１との間に曲折ミラー５０４が設けられて光路が
変換されるのであるが、ここでは、投射装置の内部構成
の説明を主眼とする都合上、図６における曲折ミラー５
０４の図示は共に省略している。

【００３７】図６に示す投射装置（５０２，５０２Ａ，
５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄ）としては、例えばメタ
ルハライドランプ等から成る光源としてのランプ１が、
リフレクタ２（放物面鏡）の焦点位置に配置されてい
る。ランプ１から照射された光は、リフレクタ２により
反射されて光軸にほぼ平行となるようにコリメートされ
て、リフレクタ２の開口部から出射される。上記リフレ
クタ２の開口部から出射された光のうち、赤外領域及び
紫外領域の不要光線はＩＲ−ＵＶカットフィルタ３によ
って遮断されて、表示に有効な光線（色光）のみがその
後段に配されている各種光学素子に導かれることにな
る。

【００３８】ＩＲ−ＵＶカットフィルタ３の後段には、
マルチレンズアレイ４に続き、マルチレンズアレイ５が
配される。この場合、マルチレンズアレイ４は、後述す
る光変調手段である各液晶パネルブロックの有効開口の
アスペクト比に等しい相似形をした外形を持つ複数の凸
レンズが、その位相を例えば１／２ずらした状態で千鳥
格子状に配列された平型形状を有するようにされてい
る。マルチレンズアレイ５は、上記マルチレンズアレイ
４の凸レンズに対向する側に複数の凸レンズ５ａが形成
されている平凸型とされる。これらマルチレンズアレイ
４及びマルチレンズアレイ５を配置することにより、Ｉ
Ｒ−ＵＶカットフィルタ３を通過した光束が効率よく、
かつ均一に後述する液晶パネルブロックの有効開口に照
射されるようにされる。

【００３９】マルチレンズアレイ５と液晶パネルブロッ
クの有効開口の間には、ランプ１からの光束を赤、緑、
青色に分解するためにダイクロイックミラー６、１０が
配置されている。この図に示す例では、まずダイクロイ
ックミラー６で赤色の光束Ｒを反射し緑色の光束Ｇ及び
青色の光束Ｂを透過させている。このダイクロイックミ
ラー６で反射された赤色の光束Ｒはミラー７により進行
方向を９０゜曲げられて赤色用の液晶パネルブロック９
の前のコンデンサーレンズ８に導かれる。

【００４０】一方、ダイクロイックミラー６を透過した
緑色及び青色の光束Ｇ，Ｂはダイクロイックミラー１０
により分離されることになる。すなわち、緑色の光束Ｇ
は反射されて進行方向を９０゜曲げられて緑色用の液晶
パネル１２前のコンデンサーレンズ１１に導かれる。そ
して青色の光束Ｂはダイクロイックミラー１０を透過し
て直進し、リレーレンズ１３、ミラー１４、反転用リレ
ーレンズ１５、ミラー１６を介して青色用の液晶パネル
１８前のコンデンサーレンズ１７に導かれる。

【００４１】このようにして、赤、緑、青色の各光束
Ｒ，Ｇ，Ｂは各々のコンデンサーレンズ８、１１、１７
を通過して各色用の液晶パネルブロック９、１２、１８
（ライトバルブに相当）に入射される。これら各色の液
晶パネルブロック９、１２、１８においては、それぞ
れ、液晶パネルが備えられると共に、液晶パネルの前段
に入射した光の偏光方向を一定方向に揃えるための入射
側偏光板が設けられる。また、液晶パネルの後段には出
射した光の所定の偏光面を持つ光のみ透過するいわゆる
検光子が配置され、液晶を駆動する回路の電圧により光
の強度を変調するようにされている。

【００４２】一般には、ダイクロイックミラー６、１０
の特性を有効に利用するため、Ｐ偏波面の反射、透過特
性を使用している。従って、各々の液晶パネルブロック
９、１２、１８内の上記入射側偏光板は、図６の紙面内
に平行な偏波面を透過するように配置されている。ま
た、液晶パネルブロック９、１２、１８を構成する各液
晶パネルは例えばＴＮ（Twisted Nematic）型が用いら
れており、かつその動作はいわゆる例えばノーマリーホ
ワイト型として構成され、検光子は図６の紙面に垂直な
偏波光を透過するように配置されている。

【００４３】そして、液晶パネルブロック９、１２、１
８で光変調された各色の光束は、光合成素子（クロスダ
イクロイックプリズム）１９において図示する各面に対
して入射される。この光合成素子は、所定形状のプリズ
ムに対して反射膜１９ａ，１９ｂが組み合わされて成
る。光合成素子１９における赤色の光束Ｒは反射膜１９
ａで反射され、また青色の光束Ｂは反射膜１９ｂで反射
されて、投射レンズ２０に対して入射される。そして緑
色の光束Ｇは光合成素子１９内を直進して透過するよう
にして投射レンズ２０に対して入射される。これによ
り、各光束Ｒ，Ｇ，Ｂが１つの光束に合成された状態で
投射レンズ２０に入射されることになる。

【００４４】投射レンズ２０では、光合成素子１９から
入射された光束を投射光に変換して、透過型若しくは反
射型のスクリーン２１に対して拡大投射することにな
る。

【００４５】１−７．投射装置の内部構成（第２例）図７は本実施の形態の投射装置（５０２，５０２Ａ，５
０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄ）の第２例としての内部構
造を概念的に示すものである。なお、この図において図
６と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００４６】この場合には、マルチレンズアレイ５の後
段のダイクロイックミラー６Ａにより光束Ｂを反射し
て、光束Ｒ、光束Ｇを通過させるようにしている。ダイ
クロイックミラー６Ａにより反射された光束Ｂは、ミラ
ー７Ａにより反射され、更に、コンデンサーレンズ８Ａ
を通過し、青色用の液晶パネルブロック９Ａを介して光
変調された後に、図示する方向から光合成素子１９Ａに
入射される。

【００４７】ダイクロイックミラー６Ａを通過した光束
Ｒ、光束Ｇは、その後段のダイクロイックミラー１０Ａ
に入射される。この場合、ダイクロイックミラー１０Ａ
では光束Ｒを反射して、光束Ｇは通過させるようにされ
ている。ダイクロイックミラー１０Ａにより反射された
光束Ｒは、コンデンサーレンズ１１Ａを通過し、赤色用
の液晶パネルブロック１２Ａを介して光変調された後
に、図示する方向から光合成素子１９Ａに入射される。
ダイクロイックミラー１０Ａを通過した光束Ｇは、リレ
ーレンズ１３Ａ、ミラー１４Ａ、反転用リレーレンズ１
５Ａ、ミラー１６Ａを介してコンデンサーレンズ１７Ａ
に到達する。そして、コンデンサーレンズ１７Ａを通過
して、緑色用の液晶パネルブロック１８Ａを介して光変
調された後に、図示する方向から光合成素子１９Ａに入
射される。

【００４８】光合成素子１９Ａも、所定形状のプリズム
に対して、反射膜１９Ａ−ａ，１９Ａ−ｂが組み合わさ
れて成る。この光合成素子１９Ａに入射された各色の光
束のうち、光束Ｂは反射膜１９Ａ−ｂにて反射されて投
射レンズ２０に入射され、光束Ｇは反射膜１９Ａ−ａに
て反射されて投射レンズ２０に入射される。また、光束
Ｒは光合成素子１９Ａを直進するように通過して投射レ
ンズ２０に入射される。この結果、各光束Ｒ，Ｇ，Ｂが
１つの光束に合成されて投射レンズ２０に入射されるこ
とになる。

【００４９】１−８．投射装置の内部構成（第３例）図８は本実施の形態の投射装置（５０２，５０２Ａ，５
０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄ）の、第３例としての内部
構造を概念的に示すものである。なお、この図において
図６及び図７と同一部分には同一符号を付して説明を省
略する。

【００５０】この場合には、ダイクロイックミラー６Ｂ
により光束Ｇを反射して、光束Ｒ、光束Ｂを通過させる
ようにしている。ダイクロイックミラー６Ｂにより反射
された光束Ｇは、ミラー７Ｂ、コンデンサーレンズ８
Ｂ、緑色用の液晶パネルブロック９Ｂを介した後、図示
する方向から光合成素子１９Ｂに入射される。

【００５１】ダイクロイックミラー６Ｂを通過した光束
Ｒ、光束Ｂは、ダイクロイックミラー１０Ｂに入射され
ることで、光束Ｒが反射され、光束Ｂは通過するように
されている。このダイクロイックミラー１０Ｂにて反射
した光束Ｒは、コンデンサーレンズ１１Ｂ、赤色用の液
晶パネルブロック１２Ｂを介して、図示する方向から光
合成素子１９Ｂに入射される。ダイクロイックミラー１
０Ｂを通過した光束Ｂは、リレーレンズ１３Ｂ、ミラー
１４Ｂ、反転用リレーレンズ１５Ｂ、ミラー１６Ｂ、コ
ンデンサーレンズ１７Ｂ、及び青色用の液晶パネルブロ
ック１８Ｂを順次介して、図示する方向から光合成素子
１９Ｂに入射される。

【００５２】光合成素子１９Ｂも、所定形状のプリズム
に対して、反射膜１９Ｂ−ａ，１９Ｂ−ｂが組み合わさ
れて成るものである。ここでは、光合成素子１９Ｂに入
射された各色の光束のうち、光束Ｇは反射膜１９Ｂ−ａ
にて反射され、光束Ｂは反射膜１９Ｂ−ｂにて反射さ
れ、光束Ｒは光合成素子１９Ｂを直進するように通過す
ることで、１つの光束となって投射レンズ２０に入射さ
れることになる。

【００５３】１−９．投射装置の内部構成（第４例）図９は、本実施の形態としての投射装置（５０２，５０
２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄ）の第４例として
の内部構造を概念的に示している。この図９に示す構造
は、画像光を形成するための液晶パネルブロック（ライ
トバルブ）として、反射型を採用した場合に対応した構
成を採っている。偏光ビームスプリッタ３１に対して
は、コリメートされた白色光が、例えば図示する方向に
より光源側から入射される。この場合の偏光ビームスプ
リッタ３１の反射面３１ａは、Ｐ偏光成分は透過し、Ｓ
偏光成分を反射するようにされている。そして、偏光ビ
ームスプリッタ３１の反射面３１ａにて反射されたＳ偏
光成分の光束のみが、プリズムアセンブリ３５側に対し
て入射されるようになっている。

【００５４】プリズムアセンブリ３５は、色分離及び色
合成のための光学系を形成しているもので、図示する形
状のプリズム３５ａ、３５ｂ、３５ｃを、図示するよう
にして組み合わせて成る。また、プリズム３５ａにおけ
るプリズム３５ｂとの境界面には、反射面３６ａが形成
され、プリズム３５ｂとプリズム３５ｃとの境界面には
反射面３６ｂが形成される。これら反射面３６ａ、３６
ｂは、例えばダイクロイックミラーとしての機能を有す
る反射膜を形成することで得ることができる。

【００５５】また、プリズム３５ａに対しては反射型ラ
イトバルブ３２が設けられている。同様にして、プリズ
ム３５ｂに対しては反射型ライトバルブ３３が設けら
れ、プリズム３５ｃに対しては反射型ライトバルブ３４
が設けられる。

【００５６】偏光ビームスプリッタ３１側からのＳ偏光
成分の光束は、プリズム３５ａに入射して反射膜３６ａ
に到達する。反射膜３６ａは、赤色（Ｒ）の光を反射
し、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の光は透過するようにな
っており、これにより赤色の光束Ｒと、緑色（Ｇ）及び
青色（Ｂ）から成る合成光の光束とに色分離を行う。分
離された赤色の光束Ｒは、この場合には、同じプリズム
３５ａ内にて所定の臨界角の範囲内の入射角によって反
射した後、赤色用の反射型ライトバルブ３２に入射され
る。

【００５７】また、反射膜３６ａを透過した緑色（Ｇ）
及び青色（Ｂ）から成る合成光の光束はプリズム３５ｂ
に入射して、このプリズム３５ｂの反射膜３６ｂに到達
する。そして、この反射膜３６ｂにおいて、緑色の光束
Ｇと青色の光束Ｂとに色分離が行われる。分離された青
色の光束Ｂは、プリズム３５ｂにて所定の臨界角の範囲
内の入射角によって反射することで、青色用の反射型ラ
イトバルブ３３に入射する。また、分離された緑色の光
束Ｇは、プリズム３５ｃを透過して直進し、緑色用の反
射型ライトバルブ３４に入射する。

【００５８】上記のようにして、赤、緑、青色の各光束
Ｒ，Ｇ，Ｂは、各色用の反射型ライトバルブ３２，３
３，３４に入射し、反射されることになるが、この過程
において光変調され、赤、緑、青の各色の画像光として
形成されることになる。そして、これら反射型ライトバ
ルブ３２，３３，３４から反射されるようにして出射し
た各色の画像光は、それぞれ、プリズム３５ａ，３５
ｂ，３５ｃに再度入射することとなる。

【００５９】赤色用の反射型ライトバルブ３２からプリ
ズム３５ａに入射された、光変調後の光束Ｒは、プリズ
ム３５ａ内にて図示する経路により２回反射した後に、
偏光ビームスプリッタ３１に対して入射する。また、青
色用の反射型ライトバルブ３３からプリズム３５ｂに入
射された、光変調後の光束Ｂは、プリズム３５ｂ内にて
図示する経路により２回反射した後に、プリズム３５ａ
を直進するように通過して、偏光ビームスプリッタ３１
に対して入射する。また、緑色用の反射型ライトバルブ
３４からプリズム３５ｃに入射された、光変調後の光束
Ｇは、図示する経路により、プリズム３５ｂ、プリズム
３５ａを順次直進するように通過して、偏光ビームスプ
リッタ３１に入射する。これにより、各色の反射型ライ
トバルブから反射された光変調後の光束は、プリズムア
センブリ３５側から偏光ビームスプリッタ３１に入射す
る段階では、白色光に合成された状態とされていること
になる。

【００６０】上記のようにしてプリズムアセンブリ３５
側から偏光ビームスプリッタ３１に入射された光変調後
の白色光は、Ｓ偏光成分であることから、偏光ビームス
プリッタ３１内においては、反射面３１ａを通過して直
進し、この直進した方向のまま偏光ビームスプリッタ３
１から出射され、この出射光の経路に対して設けられる
投射レンズ２０に入射される。投射レンズ２０では、入
射された光束を投射光に変換して、透過型若しくは反射
型のスクリーン２１に対して拡大投射することになる。

【００６１】上記図９に示した投射装置としては、偏光
ビームスプリッタ３１とプリズムアセンブリ３５から成
る色分離／合成光学系のみを示したが、この色分離／合
成光学系と、光源及び投射レンズとの位置関係を図１０
に示しておく。なお、この図１０においては、プリズム
アセンブリ３５のバリエーションの１つとして、プリズ
ム３５ｃにおいても入射光が反射する構成を示してい
る。これによっては、図９と図１０とを比較して分かる
ように、反射型ライトバルブ３４の配置位置をそれぞれ
異なるものとすることができる。このようにして、プリ
ズムアセンブリ３５にバリエーションを与えて、反射型
ライトバルブの配置位置が変更できることで、例えば、
プロジェクション表示装置に投射装置を設置する際のス
ペースなどの制限に対応することが可能となるものであ
る。

【００６２】ところで、先の図９の説明によれば、プリ
ズムアセンブリ３５は、光源側から入射された白色光に
ついてＲ，Ｇ，Ｂの各色の光束に分離する色分離手段と
しての機能と、この分離された各色の光束を白色光に合
成する色合成手段としての機能を兼用しているものとい
える。そして、この場合にも、３つのガラスのブロック
される、単体のプリズム３５ａ，３５ｂ，３５ｃの集合
によって、全体として１つのガラスプリズムとして機能
するプリズムアセンブリ３５を形成するようにしてい
る。

【００６３】そして、このガラスプリズムとしてのプリ
ズムアセンブリ３５を形成する各プリズム（３５ａ，３
５ｂ，３５ｃ）については、２次元画像表示素子が反射
型ライトバルブ（３２，３３，３４）とされて、いわゆ
る反射型の液晶パネルが採用されていることに伴って、
これらプリズム（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ）の全て、或
いは所定の一部について、アッベ数が４０以下の光学ガ
ラスを用いるようにされる。

【００６４】上記第１例〜第４例に示した構造において
備えられる透過型又は反射型ライトバルブ（液晶パネル
ブロック）としては、例えば、ＳＴＮ(Super Twisted N
ematic)液晶表示素子、強誘電性液晶表示素子、高分子
分散型液晶表示素子などを採用することができる。ま
た、駆動方式としては、単純マトリックス駆動またはア
クティブマトリックス駆動が挙げられる。以上、４例を
挙げて、本実施の形態としての投射装置を説明したが、
これらはあくまでも一例であって、本実施の形態の投射
レンズを搭載し得るプロジェクション表示装置の内部構
成としては、他にも各種考えられるものである。例え
ば、各例における色分離、合成のシーケンスは、適宜変
更されて構わないものである。

【００６５】また、本発明としては、上記第１例から第
４例として示した投射装置の何れに対しても適用可能で
はある。しかしながら、透過型ライトバルブを採用する
第１例から第２例に関しては、第２例及び第３例のよう
に、Ｌ字形状を有する光合成素子１９Ａ，１９Ｂを備え
た場合に、より長いバックフォーカスが要求されること
になるので、本発明を適用することがより有効となるも
のである。

【００６６】２．レンズまた、以降説明する本実施の形態の投射レンズ２０とし
ては、いわゆるレトロフォーカスタイプのレンズ系が採
用されるのであるが、ここで、レトロフォーカスレンズ
の原理について図１１及び図１２を参照して簡単に説明
しておく。

【００６７】図１１（ａ）に示すレンズＬ１は、正の屈
折力を有しているものとされる。この図１１（ａ）は、
通常の正の屈折力を有するレンズは、物体が無限位置に
あるときには、焦点位置は主点から小さな共役側の焦点
距離の位置にあることを示している。これに対して、図
１１（ｂ）に示すように、物点が近くにある場合には、
焦点位置は長くなる。

【００６８】一方、図１１（ｃ）に示すレンズＬ２は、
負の屈折力を有している。この図１１（ｃ）では、負の
屈折力を有するレンズでは、物体が無限位置にあるとき
には、主点から大きな共役側の焦点距離の位置にあるこ
とを示している。

【００６９】そこで、図１１（ｄ）に示すようにして、
上記した特性を有する正の屈折力を有するレンズと、負
の屈折力を有するレンズとを組み合わせることで、レト
ロフォーカスタイプのレンズ系を形成することができ
る。このようなレトロフォーカスタイプは、前側の負の
屈折力を持つレンズＬ２（レンズ群とみなしてもよい）
により、―旦、大きな共役側の近距離に像を作り、その
後ろの正の屈折力を持つレンズＬ１（レンズ群とみなし
てもよい）はその像を物点とするため、長いバックフォ
ーカスが得られることになる。

【００７０】そして、本実施の形態としては、後述する
ように、前側の負の屈折力を持つレンズＬ２に相当する
第１レンズ群０において、負の屈折力を揺する第１Ａレ
ンズ群１００と、正の屈折力を有する第１Ｂレンズ群２
００の間隔を広く取ると共に、バランスのより屈折力配
分とすることで、投射レンズ２０内における光路変換を
可能とするだけの広い空間が得られるようにしているも
のである。

【００７１】また、ここでレトロフォーカスタイプのレ
ンズ系における絞り位置と主光線のテレセントリック性
との関係について図１２に示す。図１２（ａ）に示すよ
うにして、無限位置に物体があるとき、レンズには平行
光線が入り焦点で集光する。逆に、焦点位置に物点があ
るとき、レンズから平行光線が射出することになる。こ
こで、図１２（ｂ）に示すようにして、主光線を絞りの
中心を通る光線としたとする。この条件の下で、絞りよ
り後のレンズ群の前側焦点位置に絞り位置を設定すれ
ば、射出光線は平行光線となり、主光線のテレセントリ
ック性が実現できることになる。

【００７２】３．投射レンズの構成３−１．レンズの配置構造続いて、本実施の形態としての投射レンズにおけるレン
ズの配置構造について、図１３〜図１５、及び図１６、
図１７を参照して説明する。以降説明する第１〜第３の
実施の形態としての投射レンズは、先に図６〜図８及び
図１０に示した投射装置における投射レンズ２０として
採用されるものである。なお、ここでは、主として、第
１〜第３の各実施の形態としてのレンズの配置構造につ
いての説明にとどめ、各レンズの形状、レンズ間の距離
等は、後に示す数値実施形態により表すものとする。ま
た、以降説明する図１３〜図１５において、ｒ１〜ｒ１
７（ｒ１９）までで示される符号はレンズ面番号を示
し、ｄ１〜ｄ１６（ｄ１８）までで示される符号は主光
線軸におけるレンズ面間隔及びレンズ間隔（レンズ厚）
を示す。また、本実施の形態では、曲折ミラーＭによっ
て投射レンズ２０の内部で光路が変換される構成を採り
得るが、図１３〜図１５においては、投射レンズ２０内
のレンズの位置関係を明確に示す都合上、光路は直線的
に示している。つまり、図１３〜図１５では、曲折ミラ
ーＭを備えない基本的構成を示しているものとして、曲
折ミラーＭの図示は省略している。

【００７３】先ず、第１の実施の形態としての投射レン
ズ２０のレンズの配置構造について説明する。図１３
は、第１の実施の形態としての投射レンズ２０のレンズ
の配置構造を概念的に示すレンズ断面図である。これら
の図においては、図の左側がスクリーン２１の在る「ス
クリーン側」とされ、右側がライトバルブ及び光合成素
子等の画像形成素子が在る「パネル側」とされる。ま
た、光合成素子６０は、例えば図６〜図８に示した透過
型ライトバルブとしての各光合成素子（１９，１９Ａ，
１９Ｂ）、若しくは図９、図１０に示したプリズムアセ
ンブリ３５を概念的に示すもので、ライトバルブ７０
は、図６〜図８に示したライトバルブ（ＲＧＢ各色用の
液晶表示パネルブロック）、若しくは図９に示したＲＧ
Ｂ各色用の反射型ライトバルブを概念的に示すものであ
る。

【００７４】第１の実施の形態の投射レンズ２０として
は、図１３に示すようにスクリーン側からパネル側にか
けて、第１レンズ群１００、絞り４００、第２レンズ群
２００が順に配列されて成るものである。

【００７５】この場合の第１レンズ群１００は、スクリ
ーン側からパネル側にかけて順に、負メニスカスレンズ
１０１、正レンズ１０２、両凹レンズ１０３、正レンズ
１０４が配置されて成る。ここで、最もスクリーン側に
位置する負メニスカスレンズ１０１は、負の屈折力を有
し、スクリーン側に凸の形状を有する。また、正レンズ
１０２は、スクリーン側のレンズ面ｒ３よりも、パネル
側のレンズ面ｒ４のほうが、より強い曲率を有した形状
となっている。同様に、正レンズ１０４も、スクリーン
側のレンズ面ｒ７よりも、パネル側のレンズ面ｒ８のほ
うが、より強い曲率を有した形状を有する。そして、第
１レンズ群全体としては負の屈折力を有するようにされ
ている。

【００７６】また、第２レンズ群２００は、スクリーン
側からパネル側にかけて順に、貼り合わせレンズ２０
１、正レンズ２０４が配置されて成る。貼り合わせレン
ズ２０１は、スクリーン側からパネル側にかけて配置し
た負レンズ２０２、正レンズ２０３を互いに貼り合わせ
て形成される。このような構成によって、第２レンズ群
２００は全体として正の屈折力を有する。

【００７７】また、本実施の形態においては、上記貼り
合わせレンズ２０１を形成する負レンズ２０２及び正レ
ンズ２０３について、負レンズ２０２には高屈折高分散
光学ガラスを用い、正レンズ２０３には、低屈折低分散
光学ガラスを用いるようにされる。これによって、第２
レンズ群２００中に備えるべき貼り合わせレンズ２０１
としてのガラスの屈折率と色分散の特性を適正な補正と
することができ、全系での色補正が可能となる。

【００７８】図１４及び図１５に示すレンズ断面図は、
それぞれ、第２、第３実施の形態としての投射レンズ２
０のレンズ配置構造を示しており、図１３と同一部分に
ついては、同一符号を付して説明を省略する。これらの
図に示す、第２、第３の実施の形態の投射レンズ２０と
しては、第２レンズ群２００において、スクリーン側か
らパネル側にかけて順に、メニスカスレンズ２０５、貼
り合わせレンズ２０１（負レンズ２０２，正レンズ２０
３）、正レンズ２０４、が配置された構成を採る。つま
り、図１３に示した第１の実施の形態としての第２レン
ズ群に対して、最もスクリーン側に正レンズ２０５を追
加するようにしているものである。そして、この場合の
第２レンズ群２００としても、全体として正の屈折力を
有する。

【００７９】また、上記第１〜第３の各実施の形態の投
射レンズ２０としては、先に図２、図３及び図５に示し
たようにして、レンズ系の内部に対して、光路変換手段
として例えば曲折ミラーＭを備える構成を採り得る。そ
こで、曲折ミラーＭを備えた投射レンズ２０の構造例
を、図１６及び図１７に示す。なお、これら図１６及び
図１７では、図１３に示した第１の実施の形態としての
レンズ配置を例に挙げている。そこで、図１６及び図１
７において、図１３と同一部分については同一符号を付
してここでの説明は省略する。

【００８０】これら図１６及び図１７に示すように、本
実施の形態としては、曲折ミラーＭの配置位置として、
曲折ミラーＭが絞り４００と第２レンズ群の最もスクリ
ーン側に位置するレンズとの間にあるようにされる。図
１６に示す投射レンズ２０は、光路をほぼ９０°変換し
た場合の構成が示されており、図１７に示す投射レンズ
２０は、光路を９０°以上変換した場合の構成が示され
ている。

【００８１】なお、投射レンズ２０内において光路を変
換する手段としては、上記曲折ミラーＭなどのミラーの
構成を採るものの他、例えば、プリズムなどを採用する
ことも考えられる。また、本実施の形態のようにして、
投射装置として液晶パネルブロックを利用するような場
合、実際に利用する光としては、よく知られているよう
に、Ｓ偏光成分又はＰ偏光成分の何れか一方の偏光方向
のみ利用するようにされる。そこで、投射レンズ２０内
において光路を変換する曲折ミラーＭやプリズムに対し
て光反射効果を得るためのコーティングを施すことを考
えた場合、光合成素子（１９，１９Ａ，１９Ｂ）、又は
プリズムアセンブリ３５から最終的に出射される光束の
偏光面に対応して、Ｓ偏光成分又はＰ偏光成分の何れか
一方の偏光方向についてのみ高い反射率を有する（強く
反射する）ようにしてコーティングを行えばよいことに
なる。逆に言えば、本実施の形態の光路変換手段として
は、必ずしもＳ偏光成分及びＰ偏光成分の両者を全反射
し得る構成を採らなくてもよいものであり、例えばそれ
だけ高い効率で画像光を反射させることが可能になり、
結果的には、コストの低減を図ることも可能となる。

【００８２】３−２．条件式上記構成による第１〜第３の実施の形態としての投射レ
ンズ２０においては、次に示す条件式（１）（２）を満
たしている。

【００８３】第２レンズ群２００の前側焦点位置をＦＦ
Ｐ２、絞り４００と第２レンズ群２００の間隔をＤｓ
ｔ、第２レンズ群２００の画像形成素子（液晶パネルブ
ロック、反射型ライトバルブ）側の面と画像形成素子と
の空気換算間隔をＦＢ、全系の焦点距離をＦＬとして、０．８＜｜ＦＦＰ２／Ｄｓｔ｜＜１．０６・・・（１）ＦＢ／ＦＬ＞１．５４・・・（２）

【００８４】上記各条件式について説明する。例えば、
本実施の形態では、投射レンズ２０において、例えば光
路変換手段としての曲折ミラーＭが内蔵されるが、この
ために、長い空気間隔が必要とされる。また、図３〜図
５に示した構成からも分かるように、プロジェクション
表示装置において色合成用のダイクロイックミラーやダ
イクロイックプリズム等の光学素子を用いる必要がある
ため、投射レンズ２０としては、これら光学素子を配置
するに足るだけの長いバックフォーカスが必要であり、
また、テレセントリック性の強いレトロフォーカス型の
レンズ構成とする必要がある。本実施の形態において、
条件式（１）（２）を満たすことによっては、上記した
長い空気間隔及び長いバックフォーカスの投射レンズを
形成し、かつ、テレセントリック性の強いレトロフォー
カス型のレンズ構成を得ることができる。

【００８５】条件式（１）は、絞り位置とテレセントリ
ック性の範囲を規定している。この条件式（１）の範囲
を外れると、テレセントリック性が弱くなる。即ち、パ
ネル側に入射する主光線に角度が付き過ぎることとなっ
て均一なコントラストが得られなくなってしまう。

【００８６】条件式（２）は、バックフォーカスの長さ
の範囲を規定している。この条件式（２）により規定さ
れる値よりも小さくなると、色分離又は色合成に用いる
プリズムとしての光学素子が入らなくなってしまう。

【００８７】３−３．数値実施形態等上記第１〜第３の実施の形態の投射レンズ２０としての
数値実施形態（数値データ）は、それぞれ図１８〜図２
０により示される。図１８〜図２０の各図（ａ）におい
て、「面数」はスクリーン側から数えたレンズ面の面番
号（レンズ面番号）であり、これは図１３〜図１５の各
レンズ断面図において、ｒ１〜ｒ１７（ｒ１９）までの
符号により示したレンズ面に対応する。そして、これら
の各レンズ面番号に対応して、レンズ面の曲率半径、レ
ンズ面間隔、波長５８７．５６ｍｍのレンズの屈折率、
レンズのアッベ数を示す。また、図１８〜図２０の各図
（ａ）の欄外のＦＬは当該投射レンズの焦点距離を示
し、ＦＮｏはＦナンバーを示す。

【００８８】また、本実施の形態においては、光合成素
子６０とライトバルブ７０との間の面間隔を可変するこ
とで投射サイズを変更するようにされる。つまり、第１
の実施の形態の投射レンズ２０に対応しては、面番号ｒ
１６に対応するレンズ面間隔ＶＤ（図１３：ｄ１６）を
可変することで投射サイズを変更し、また、第２及び第
３の実施の形態の投射レンズ２０に対応しては、面番号
ｒ１８に対応するレンズ面間隔ＶＤ（図１４及び図１
５：ｄ１８）を可変することで投射サイズを変更するよ
うにされる。そして、図１８（ｂ）には、第１の実施の
形態の投射レンズ２０を備える場合の投射サイズとし
て、横倍率を０．００００とした場合と、−０．０２０
６５０とした場合とに対応する、投射距離及びレンズ面
間隔ＶＤが示される。また、図１９（ｂ）には、第２の
実施の形態の投射レンズ２０を備える場合の投射サイズ
として、横倍率を０．００００とした場合と、−０．０
２０７１８とした場合とに対応する、投射距離及びレン
ズ面間隔ＶＤが示される。また、図２０（ｂ）には、第
３の実施の形態の投射レンズ２０を備える場合の投射サ
イズとして、横倍率を０．００００とした場合と、−
０．０２０６８５とした場合とに対応する、投射距離及
びレンズ面間隔ＶＤが示される。

【００８９】また、図２１に、第１〜第５の実施の形態
において、先に説明した条件式（１）（２）についての
具体的な計算値例を示す。

【００９０】また、図２２〜図２７の各々により、第１
〜第３の実施の形態の投射レンズ２０についての球面収
差、非点収差、及び歪曲収差を示す。ここでは、例えば
第１実施の形態であれば、図２２及び図２３とによっ
て、図１８（ｂ）に対応する２パターンの各投射サイズ
に応じた球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示してい
る。同様に、第２の実施の形態と第３の実施の形態につ
いても、図２４及び図２５、また、図２６及び図２７と
によって、それぞれ図１９（ｂ）、図２０（ｂ）に示し
た２パターンの各投射サイズに応じた球面収差、非点収
差、及び歪曲収差を示している。

【００９１】なお、これら各図に示す諸収差図に示す結
果を得るのにあたっては、数値実施形態には示していな
いが、図６〜図８に示した色合成のためのプリズムであ
る光合成素子１９，１９Ａ，１９Ｂ、或いは、図９に示
した色分離／合成のためのプリズムであるプリズムアセ
ンブリ３５として、所定の中心面間隔を有する平行平面
板を入れて計算を行っている。但し、このような色合
成、分離プリズムに関する数値は、本発明としての投射
レンズの構成に影響を与えるものではない。

【００９２】また、上記第１〜第３の実施の形態として
の投射レンズの実際の構造は、図１３〜図１５に示した
ものに限定されるものではなく、これまで説明した条件
式が満たされる限り、各レンズ群を形成するレンズ枚数
等の変更があっても構わないものである。また、上記実
施の形態においては、本発明の投射レンズは、背面投写
型のプロジェクション表示装置において、液晶パネル、
ライトバルブを二次元画像表示素子として利用した投射
装置に備えられるものとして説明したが、これに限定さ
れるものではなく、例えば、フロントプロジェクション
方式など、背面投写型以外のプロジェクション装置や、
一眼レフカメラ用、工業用カメラ、電子写真用等の広角
系の写真レンズ、さらに、ＣＲＴを利用したプロジェク
ションテレビ用の投射レンズなどにも適用が可能とされ
る。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、以下の
効果を得ることができる。先ず、請求項１に記載の発明
により、例えばプロジェクション表示装置に投射レンズ
を利用したときに必要となる長いバックフォーカスを形
成し、かつ、テレセントリック性の強いレトロフォーカ
ス型のレンズ構成を得ることができるものである。

【００９４】また、上記請求項１の発明によっては、第
１レンズ群が負の屈折力を有することで、一旦、大きな
共役側の近距離に像を造り、第２レンズ群はその像を物
点として、長いバックフォーカスを得ることができるよ
うになっている。そのうえで、請求項２に記載の発明に
よる第１レンズ群のレンズ構成とすることで、第１レン
ズ群においては、第２レンズ群により補正可能な程度の
収差発生で、第２レンズ群に伝播することが可能とな
る。

【００９５】また、請求項３に記載の発明によっては、
第２レンズ群中の貼り合わせレンズにより主として色収
差補正が行われ、また、同じ第２レンズ群中の正レンズ
によって発散していた光線を画像形成素子上でテレセン
トリック性が得られるように調整することができる。な
お、このような効果は、特に第２レンズ群中の正レンズ
を画像形成素子側に配置すると、より顕著となる。

【００９６】また、請求項４に記載の発明によっては、
第２レンズ群中の貼り合わせレンズのガラスの屈折率
と、色分散の特性を適正な補正とすることができ、これ
によって全系での色補正が可能となる。

【００９７】即ち、これまでの請求項１〜請求項４に記
載した発明により、バックフォーカスが長く、強いテレ
セントリック性を有し、特に液晶パネルを用いた投射装
置では高コントラストで投射でき、更には、諸収差が少
ないようにされた投射レンズが実現されるものである。

【００９８】また、請求項５に記載の発明によっては、
例えば、反射型の画像形成素子と、色分離／合成プリズ
ムを備えたプロジェクション表示装置に投射レンズを利
用したときに必要となる長いバックフォーカスを形成
し、かつ、テレセントリック性の強いレトロフォーカス
型のレンズ構成を得ることができることになる。また、
請求項６〜請求項８に記載の発明によっては、上記請求
項５に記載の発明の下で、先に説明した請求項２〜４に
記載の発明と同様とされる効果が得られる。

【００９９】また、請求項９に記載の発明によっては、
反射型の画像形成素子と、色分離／合成プリズムを備え
たプロジェクション表示装置において、このプロジェク
ション表示装置に備えられる投射レンズに必要となる長
いバックフォーカスを形成し、かつ、テレセントリック
性の強いレトロフォーカス型のレンズ構成を得ることが
できることになる。また、請求項１０及び請求項１１に
記載の発明により、反射型の画像形成素子と色分離／合
成プリズムを備えることに対応したアッベ数の光学ガラ
スを用いたとしても、例えば透過型の場合と共通の色収
差補正の方法を適用できる。

【０１００】また、請求項１２に記載の発明によって
は、例えばプロジェクション表示装置の投射レンズ内に
光路変換手段を備えたとした場合に、このような投射レ
ンズに対応して必要となる長いバックフォーカスを形成
し、かつ、テレセントリック性の強いレトロフォーカス
型のレンズ構成を得ることができる。そして、請求項１
３に記載の発明によってが、上記請求項１２に記載の発
明による投射レンズに対して光路変換手段を設けるよう
にされるが、これにより、例えばプロジェクション表示
装置内における投射装置のレイアウトがの小型化変更す
ることができるので、プロジェクション表示装置のサイ
ズの小型化もより容易なものとなる。また、請求項１４
〜請求項１６に記載の発明によっては、上記請求項１２
に記載の発明のもとで、先に説明した請求項２〜４に記
載の発明と同じとされる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の全体構成（第１例）を示す図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の全体構成（第２例）を示す図で
ある。

【図３】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の全体構成（第３例）を示す図で
ある。

【図４】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の全体構成（第４例）を示す図で
ある。

【図５】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の全体構成（第５例）を示す図で
ある。

【図６】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の内部構成（第１例）を示す図で
ある。

【図７】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の内部構成（第２例）を示す図で
ある。

【図８】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の内部構成（第３例）を示す図で
ある。

【図９】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の内部構成（第４例）として、色
合成／分離光学系を示す図である。

【図１０】図９に示した色合成／分離光学系と、光源及
び投射レンズとの位置関係を示す図である。

【図１１】レトロフォーカスレンズの原理を示す説明図
である。

【図１２】絞り位置と主光線のテレセントリック性との
関係を示す説明図である。

【図１３】第１の実施の形態としての投射レンズの構造
例を示すレンズ断面図である。

【図１４】第２の実施の形態としての投射レンズの構造
例を示すレンズ断面図である。

【図１５】第３の実施の形態としての投射レンズの構造
例を示すレンズ断面図である。

【図１６】本実施の形態の投射レンズとして、光路変換
が行われる場合の構造例を示すレンズ断面図である。

【図１７】本実施の形態の投射レンズとして、光路変換
が行われる場合の他の構造例を示すレンズ断面図であ
る。

【図１８】第１の実施の形態としての投射レンズの数値
実施形態を示す図である。

【図１９】第２の実施の形態としての投射レンズの数値
実施形態を示す図である。

【図２０】第３の実施の形態としての投射レンズの数値
実施形態を示す図である。

【図２１】第１〜第３の各実施の形態において条件式
（１）（２）についての計算値例を示す図である。

【図２２】第１の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を投射サイズに応じて示
す収差図である。

【図２３】第１の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を投射サイズに応じて示
す収差図である。

【図２４】第２の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を投射サイズに応じて示
す収差図である。

【図２５】第２の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を投射サイズに応じて示
す収差図である。

【図２６】第３の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を投射サイズに応じて示
す収差図である。

【図２７】第３の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を投射サイズに応じて示
す収差図である。

【符号の説明】

１ランプ、２リフレクタ、３ＩＲ−ＵＶカットフ
ィルタ、４，５マルチレンズアレイ、６，６Ａ、６Ｂ
ダイクロイックミラー、７，７Ａ，７Ｂミラー、
８，８Ａ，８Ｂコンデンサーレンズ、９，９Ａ，９Ｂ
液晶パネルブロック、１０，１０Ａ，１０Ｂダイク
ロイックミラー、１１，１１Ａ，１１Ｂコンデンサーレ
ンズ、１２，１２Ａ，１２Ｂ液晶パネルブロック、１
３，１３Ａ，１３Ｂリレーレンズ、１４，１４Ａ，１
４Ｂミラー、１５，１５Ａ，１５Ｂ反転用リレーレ
ンズ、１６，１６Ａ，１６Ｂミラー、１７，１７Ａ，
１７Ｂコンデンサーレンズ、１８，１８Ａ、１８Ｂ
液晶パネルブロック、１９，１９Ａ，１９Ｂ光合成素
子、１９ａ，１９ｂ，１９Ａ−ａ，１９Ａ−ｂ，１９Ｂ
−ａ，１９Ｂ−ｂ反射膜２０投射レンズ、２１
スクリーン、３１偏光ビームスプリッタ、３２，３３，
３４反射型ライトバルブ、３５プリズムアセンブ
リ、３５ａ，３５ｂ，３５ｃプリズム、６０光合成
素子、７０ライトバルブ、１００第１レンズ群、１０
０第１Ａレンズ群、１０１負メニスカスレンズ、１
０２正レンズ、１０３両凹レンズ、１０４正レン
ズ、２００第２レンズ群、２０１貼り合わせレン
ズ、２０２負レンズ、２０３正レンズ、２０４正レ
ンズ、２０５メニスカスレンズ、４００絞り、Ｍ曲
折ミラー、５００，５００Ａ，５００Ｂリアプロジェ
クション表示装置、５００Ｃ，５００Ｄフロントプロ
ジェクション表示装置、５０１キャビネット、５０
２，５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄ投射装
置、５０３光学ユニット、５０４スクリーン、５０
４曲折ミラー、６００投射光、６００ａ光路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画像形成素子が光源からの光を利
用して形成した各映像光をスクリーンに拡大投射して表
示する映像表示装置に備えられ、入射された上記各映像
光をスクリーンに拡大投射するための投射レンズにおい
て、スクリーン側から画像形成素子側にかけて、負の屈折力
を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する
第２レンズ群が配置されるレトロフォーカスタイプとさ
れ、上記第２レンズ群の前側焦点位置をＦＦＰ２、上記絞り
と上記第２レンズ群の間隔をＤｓｔ、上記第２レンズ群
の画像形成素子側の面と画像形成素子との空気換算間隔
をＦＢ、全系の焦点距離をＦＬとして、０．８＜｜ＦＦＰ２／Ｄｓｔ｜＜１．０６ＦＢ／ＦＬ＞１．５４なる条件式を満足することを特徴とする投射レンズ。
【請求項２】上記第１レンズ群は、スクリーン側から画像形成素子側にかけて、スクリーン
側に凸の負メニスカスレンズと、スクリーン側のレンズ
面よりも画像形成素子側のレンズ面が強い曲率を有する
正レンズと、両凹レンズと、スクリーン側のレンズ面よ
りも画像形成素子側のレンズ面が強い曲率を有する正レ
ンズとから成る、ことを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項３】上記第２レンズ群は、貼り合わせレンズと、少なくとも１枚の正レンズとから
成ることを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項４】上記第２レンズ群中の上記貼り合わせレ
ンズは、高屈折高分散光学ガラスの負レンズと、低屈折低分散光
学ガラスの正レンズを備えて成ることを特徴とする請求
項３に記載の投射レンズ。
【請求項５】光源からの光を色分離手段により複数の
色光に分離し、これらの分離された色光の各々を反射型
の画像形成素子により映像色光として形成し、これら映
像色光について色合成手段により合成した合成光をスク
リーンに拡大投射して表示すると共に、上記色分離手段
と上記色合成手段の少なくとも何れかについて複数のブ
ロックから成るガラスプリズムを用いる映像表示装置に
備えられ、入射された上記合成光をスクリーンに拡大投
射するための投射レンズにおいて、スクリーン側から画像形成素子側にかけて、負の屈折力
を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する
第２レンズ群が配置されるレトロフォーカスタイプとさ
れ、上記第２レンズ群の前側焦点位置をＦＦＰ２、上記絞り
と上記第２レンズ群の間隔をＤｓｔ、上記第２レンズ群
の画像形成素子側の面と画像形成素子との空気換算間隔
をＦＢ、全系の焦点距離をＦＬとして、０．８＜｜ＦＦＰ２／Ｄｓｔ｜＜１．０６ＦＢ／ＦＬ＞１．５４なる条件式を満足することを特徴とする投射レンズ。
【請求項６】上記第１レンズ群は、スクリーン側から画像形成素子側にかけて、スクリーン
側に凸の負メニスカスレンズと、スクリーン側のレンズ
面よりも画像形成素子側のレンズ面が強い曲率を有する
正レンズと、両凹レンズと、スクリーン側のレンズ面よ
りも画像形成素子側のレンズ面が強い曲率を有する正レ
ンズとから成る、ことを特徴とする請求項５に記載の投射レンズ。
【請求項７】上記第２レンズ群は、貼り合わせレンズと、少なくとも１枚の正レンズとから
成ることを特徴とする請求項５に記載の投射レンズ。
【請求項８】上記第２レンズ群中の上記貼り合わせレ
ンズは、高屈折高分散光学ガラスの負レンズと、低屈折低分散光
学ガラスの正レンズを備えて成ることを特徴とする請求
項７に記載の投射レンズ。
【請求項９】光源からの光を色分離手段により複数の
色光に分離し、これらの分離された色光の各々を反射型
の画像形成素子により映像色光として形成し、これら映
像色光について色合成手段により合成した合成光を投射
レンズによってスクリーンに拡大投射して表示すると共
に、上記色分離手段と上記色合成手段の少なくとも何れ
かについて複数のブロックから成るガラスプリズムを用
いる映像表示装置において、上記投射レンズは、スクリーン側から画像形成素子側にかけて、負の屈折力
を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する
第２レンズ群が配置されるレトロフォーカスタイプとさ
れ、上記第２レンズ群の前側焦点位置をＦＦＰ２、上記絞り
と上記第２レンズ群の間隔をＤｓｔ、上記第２レンズ群
の画像形成素子側の面と画像形成素子との空気換算間隔
をＦＢ、全系の焦点距離をＦＬとして、０．８＜｜ＦＦＰ２／Ｄｓｔ｜＜１．０６ＦＢ／ＦＬ＞１．５４なる条件式を満足する、ことを特徴とする映像表示装置。
【請求項１０】上記ガラスプリズムには、アッベ数が
４０以下の光学ガラスが用いられることを特徴とする請
求項９に記載の映像表示装置。
【請求項１１】上記ガラスプリズムの１部に、アッベ
数が４０以下の光学ガラスが用いられることを特徴とす
る請求項９に記載の映像表示装置。
【請求項１２】複数の画像形成素子が光源からの光を
利用して形成した各映像光をスクリーンに拡大投射して
表示する映像表示装置に備えられ、入射された上記各映
像光をスクリーンに拡大投射するための投射レンズにお
いて、スクリーン側から画像形成素子側にかけて、負の屈折力
を有する第１レンズ群と、絞りと、全系中最も長い空気
間隔を置いて正の屈折力を有する第２レンズ群が配置さ
れるレトロフォーカスタイプとされ、上記第２レンズ群の前側焦点位置をＦＦＰ２、上記絞り
と上記第２レンズ群の間隔をＤｓｔ、上記第２レンズ群
の画像形成素子側の面と画像形成素子との空気換算間隔
をＦＢ、全系の焦点距離をＦＬとして、０．８＜｜ＦＦＰ２／Ｄｓｔ｜＜１．０６ＦＢ／ＦＬ＞１．５４なる条件式を満足することを特徴とする投射レンズ。
【請求項１３】上記絞りと、上記第２レンズ群との間
に光路変換手段を備えることを特徴とする請求項１２に
記載の投射レンズ。
【請求項１４】上記第１レンズ群は、スクリーン側から画像形成素子側にかけて、スクリーン
側に凸の負メニスカスレンズと、スクリーン側のレンズ
面よりも画像形成素子側のレンズ面が強い曲率を有する
正レンズと、両凹レンズと、スクリーン側のレンズ面よ
りも画像形成素子側のレンズ面が強い曲率を有する正レ
ンズとから成る、ことを特徴とする請求項１２に記載の投射レンズ。
【請求項１５】上記第２レンズ群は、貼り合わせレンズと、少なくとも１枚の正レンズとから
成ることを特徴とする請求項１２に記載の投射レンズ。
【請求項１６】上記第２レンズ群中の上記貼り合わせ
レンズは、高屈折高分散光学ガラスの負レンズと、低屈折低分散光
学ガラスの正レンズを備えて成ることを特徴とする請求
項１５に記載の投射レンズ。