JP2007240731A - 投射光学系および画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広角かつ高変倍比を有しながらも、歪曲収差が小さく、かつ変倍に伴う歪曲収差の変動も少ない投射レンズを実現する。
【解決手段】投射レンズは、拡大側から縮小側に順に、負の光学的パワーを有する第１レンズユニット１０、正の光学的パワーを有する第２レンズユニット２０および正の光学的パワーを有する第３レンズユニット３０が配置され、正の光学的パワーを有する最終レンズユニット６０が配置されている。第１レンズユニットのうち最も縮小側に配置された縮小側屈折面Ｓが、縮小側に向かって凸形状を有する。変倍に際して第１レンズユニットおよび最終レンズユニットは不動である。そして、以下の条件を満足する。
０．４＜｜φＳ／φ１｜＜０.７，０．１＜φ３／φ２＜０.７，｜Ｅ／ｆ｜＜０.３
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の画像投射装置に用いられる投射レンズであって、変倍機能を有する投射レンズに関する。

液晶プロジェクタ等の画像投射装置には、以下の要求がある。

１）ＲＧＢ等の３色の光をそれぞれ液晶パネル等の画像形成素子で変調する場合、該３つの画像形成素子で変調された３色の光を合成する色合成光学素子が、液晶パネルと投射レンズとの間に配置される。このため、投射レンズには、ある程度長いバックフォーカスが必要である
２）色合成光学素子には、ダイクロイック膜や偏光分離膜等、
角度依存性を持つ光学膜が用いられる。そして、該角度依存性の影響を少なくするために、投射レンズは、液晶パネル(縮小共役面) 側の瞳（入射瞳）が無限遠方にある所謂テレセントリック光学系でなければならない。

３）３つの画像形成素子のそれぞれによって形成された３つの色画像を被投射面上に投射した場合に、投射画像中の文字等が二重に見える等、解像感が損なわれないように、各色画像の画素同士を画面全域にて正確に重ね合わせなければならない。このため、投射レンズによって発生する色ずれ（倍率色収差）を可視光帯域にて良好に補正することが望ましい。

４）投射画像の輪郭部が歪んで見苦しくならないように、投射レンズの歪曲収差も良好に補正されていなければならない。

歪曲収差の変動を抑えた変倍可能な投射レンズには、特許文献１および特許文献２に開示されたものがある。特許文献１にて開示された投射レンズは、拡大側から負正負正の４つのレンズユニットにより構成されている。また、特許文献２にて開示された投射レンズは、拡大側から負正正の３つのレンズユニットにより構成されている。そして、いずれの投射レンズでも、第３レンズユニットにおける最も拡大側の屈折面に、拡大側に向かって凸の形状を持たせ、変倍に伴う光線高さの変動を利用して歪曲補正を行っている。
但し、上記特許文献１，２にて開示された投射レンズでは、光線高さが比較的低いところで歪曲収差の補正を行っているため、歪曲収差の補正効果は必ずしも十分とは言えない。また、可動レンズユニットの移動量は、歪曲収差以外の光学特性（変倍特性や他の収差特性）にも影響を与えるため、歪曲収差だけに特化して補正を行うことは難しい。このため、歪曲収差を抑え、その変動を完全にコントロールすることには限度がある。

また、最近の画像投射装置には、前述した要求に加えて、画像投射装置の設置自由度を高めるために、より広角で高いズーム倍率が要求されている。したがって、これらの要求を満たしつつ、歪曲収差が小さく、かつ歪曲収差の変動が少ない投射レンズが必要である。

特開平１０−１３３１０６号公報（段落００１６、図１等） 特開平１０−１３３１１０号公報（段落００１５、図１等）

しかしながら、一般にプロジェクタ用の投射レンズは、主としてバックフォーカスを長くする目的から、最も拡大側の第１レンズユニットに強い負の屈折力を持たせた所謂レトロフォーカスタイプのレンズが用いられる。このようなレトロフォーカスタイプの投射レンズでは、第１レンズユニットで強いアンダー方向（樽型）の歪曲収差を発生してしまうため、広角なレンズほど歪曲収差の補正が困難になる。

また、変倍比が大きいほど、第１レンズユニットに入射する周辺画角光束の光軸からの高さが変倍に伴って大きく変化し、これに伴い第１レンズユニットで発生する歪曲収差が大きく変化する。このため、広角側と望遠側において歪曲収差が大きく変動してしまう。

これらの理由から、特許文献１，２にて開示された投射レンズでは、広角かつ高変倍比の要求を達成するには十分とは言えない。

本発明は、広角かつ高変倍比を有しながらも、歪曲収差が小さく、かつ変倍に伴う歪曲収差の変動も少ない投射レンズおよびこれを備えた画像投射装置を実現することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としての投射レンズは、少なくとも５つのレンズユニットを有し、変倍が可能である。該投射レンズでは、拡大側から縮小側に順に、負の光学的パワーを有する第１レンズユニット、正の光学的パワーを有する第２レンズユニットおよび正の光学的パワーを有する第３レンズユニットが配置され、正の光学的パワーを有する最終レンズユニットが配置されている。第１レンズユニットのうち最も縮小側に配置された縮小側屈折面が、縮小側に向かって凸形状を有する。変倍に際して第１レンズユニットおよび最終レンズユニットは不動である。そして、以下の条件を満足することを特徴とする。

０．４＜｜φＳ／φ１｜＜０.７ …（１）
０．１＜φ３／φ２＜０.７ …（２）
｜Ｅ／ｆ｜＜０.３ …（３）
但し、ｎは上記縮小側屈折面を有するレンズエレメントを構成する材料の屈折率、ｒは縮小側屈折面の曲率半径、φＳは縮小側屈折面の屈折力であって、φＳ＝（１―ｎ）／ｒで表される。また、φ１，φ２およびφ３はそれぞれ、第１，第２および第３レンズユニットの屈折力、Ｅは該投射レンズの縮小側共役面から射出瞳までの距離、ｆは該投射レンズの焦点距離である。

本発明によれば、バックフォーカスが十分確保されたテレセントリックな光学系であって、広角で高変倍比を有し、しかも歪曲収差が小さく、かつ変倍に伴う歪曲収差の変動が少ない投射レンズを実現できる。さらに、該投射レンズを用いれば、設置自由度が高く、高画質の画像を投射可能な画像投射装置を提供することができる。

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。

図１には、本発明の実施例であるズーム投射レンズの構成を示している。図１は、該投射レンズの広角（ワイド）状態での光学配置を示している。

本実施例の投射レンズは、全部で１２枚のレンズエレメントにより構成された６つのレンズユニットを有する。該６つのレンズユニットは、拡大側（被投射面側）から縮小側（液晶パネル等の画像形成素子側）に順に第１〜第６レンズユニット１０〜６０であり、それぞれ負、正、正、負、正、正の屈折力を有する。なお、屈折力は、焦点距離の逆数であり、各面に回折素子等が付されている場合には光学的パワーということもできる。

ここで、全１２枚のレンズエレメントのうち、拡大側から数えて、２番面と１１番目の第２レンズエレメント１２および第１１レンズエレメント５３は、その両面が非球面である。

また、変倍に際しては、第２，第３，第４および第５レンズユニット２０〜５０が図中の矢印方向に移動する（但し、矢印は広角側から望遠側への変倍時の移動方向を示す）。一方、変倍に際して、第１レンズユニット１０と最終レンズユニットである第６レンズユニット６０は変倍に際して不動（固定）である。

第１レンズユニット１０は、拡大側から順に、負，負，負，正の４枚のレンズエレメント（第１〜第４レンズエレメント）１１〜１４で構成されている。また、該第１レンズユニット１０のうち最も縮小側の屈折面である第４レンズエレメント１４の縮小側の面（以下、単に縮小側レンズ面という）Ｓは、縮小側に向かって凸の形状を有する。

第１レンズユニット１０は、全体としてアンダー方向（樽型）の歪曲収差を発生させるが、縮小側屈折面Ｓによって強いオーバー方向（糸巻型）の歪曲収差が発生する。これにより、アンダー方向の歪曲収差を低減する効果がある。

また、望遠側から広角側への変倍に際してアンダー方向の歪曲収差が増加するのに伴い、縮小側レンズ面Ｓによるオーバー方向の歪曲収差も増加する。このため、歪曲収差の変動を抑える効果もある。この効果によって、変倍時に生じる歪曲収差変動の約半分を補正できる。

第２レンズユニット２０および第３レンズユニット３０はそれぞれ、１枚の正レンズユニットにより構成されている。

第４レンズユニット４０は、拡大側から順に配置された負レンズエレメント４１と正レンズエレメント４２の貼り合わせレンズにより構成されている。

第５レンズユニット５０は、拡大側から順に配置された、負，正，負のレンズエレメント５１〜５３により構成されている。

第６レンズユニット６０は、１枚の正レンズエレメントにより構成されている。

本実施例の投射レンズは、以下の条件を満足する。

０．４＜｜φＳ／φ１｜＜０.７ …（１）
０．１＜φ３／φ２＜０.７ …（２）
｜Ｅ／ｆ｜＜０.３ …（３）
縮小側レンズ面Ｓの屈折力φＳと第１レンズユニット１０全体の屈折力φ１との比φＳ／φ１が（１）式を満たすとき、特に良好な歪曲収差の補正効果が得られる。（１）式において、φＳ／φ１が上限値および下限値を超えると、歪曲収差の補正量が適正でなくなり、変倍に伴う歪曲収差の変動を適正に抑えることができなくなる。

ここで、φＳは、第４レンズエレメント１４を構成する材料（例えば、光学ガラス）の屈折率をｎとし、該縮小側レンズ面Ｓの曲率半径をｒとしたとき、
φＳ＝（１−ｎ）／ｒ
で計算される。但し、本実施例の縮小側レンズ面Ｓでは、曲率半径中心が面頂点よりも拡大側に位置するため、必ずｒ＜０となる。このため、１−ｎ＜０となり、φＳは必ず正の値となる。

一方、φ１は、第１レンズユニット１０の焦点距離をｆ１とすると、
φ１＝１／ｆ１
で定義される。第１レンズユニット１０は負の屈折力を有するため、φ１は必ず負の値である。このため、（１）式の値（φＳ／φ１）は必ず負の値となる。

なお、φＳ／φ１は以下の条件を満足するとなおよい。

０．４５＜｜φＳ／φ１｜＜０.６ …（１）′
また、本実施例においては、第２レンズユニット２０と第３レンズユニット３０によっても歪曲収差を補正する。正の屈折力を有する第２および第３レンズユニット２０，３０は、広角側から望遠側への変倍に際して拡大側（第１レンズユニット１０に接近する側）に移動する。第２レンズユニット２０は強い増倍機能を、第３レンズユニット３０は弱い減倍機能を有し、これらの間隔を変化させて変倍と収差補正とを行う。

第２および第３レンズユニット２０，３０の屈折力比（φ３／φ２）は（２）式の関係を満たす。第２および第３レンズユニット２０，３０は、第２レンズユニット２０でオーバー方向の歪曲収差を変倍に応じて発生させる一方、変倍およびその他の収差の微調整を第３レンズユニット３０が行うという関係を有する。これらの機能が良好なバランスを有するために（２）式を満足するとよい。

φ３／φ２が（２）式の上限値を超えると歪曲収差補正が不足し、下限値を下回ると歪曲収差補正が過剰気味になる。すなわち、（２）式を満足することで、歪曲収差とその変動を抑えながら、変倍およびその他の収差を適正に補正することができる。

なお、φ３／φ２は以下の条件を満足するとなおよい。

０．２＜φ３／φ２＜０.６ …（２）′
式（３）は、本実施例の投射レンズが縮小側においてテレセントリックであることを示す条件式である。この条件式は、投射レンズの縮小側共役面（液晶パネル等の画像形成素子ＩＤが配置された面）から射出瞳ＥＰまでの距離Ｅと、該投射レンズの焦点距離ｆとが満たすべき関係を示している。

なお、｜Ｅ／ｆ｜は以下の条件を満足するとなおよい。

｜Ｅ／ｆ｜＜２．８ …（３）′
さらに、本実施例の投射レンズは、
｜ｆ/ｂｆ｜＜０.５５ …（４）
を満たすことが好ましい。但し、ｂｆは本実施例の投射レンズのバックフォーカスの空気換算値である。

（４）式は、投射レンズのバックフォーカスと全体の焦点距離に関する条件である。これを満たすことで、色合成光学素子（偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズム）８０を投射レンズと縮小側共役面に配置された画像形成素子ＩＤとの間に配置するために十分なバックフォーカスを得ることができる。

なお、｜ｆ/ｂｆ｜は以下の条件としてもよい。

｜ｆ/ｂｆ｜＜０.４５ …（４）′
表１に、本実施例の投射レンズの数値例を示す。表１中のｆは投射レンズ全体の焦点距離、ωは半画角、ＦはＦナンバーを示す。

表１（Ａ）中の面番号ｉは、拡大側から縮小側に順に各レンズ面に付した番号である。但し、ＩＤは縮小側共役面（画像形成素子の変調面）を示す。

Ｒはレンズ面の曲率半径、ｄはレンズ面ｉとレンズ面（ｉ＋１）の面間隔（物理的間隔）である。表中に（ ）と記載されている面間隔は変倍に伴い変化する量で、表１（Ｂ）に示す。ｎｄ，νｄはガラス材料のｄ線に対する屈折率とアッベ数をそれぞれ示している。面番号の右側に＊が付記されている面は、以下の関数に従った非球面形状であることを示し、表１（Ｃ）にその係数を示している。ｙは径方向の座標、ｘは光軸方向の座標を示す。また、ｅ−Ｘは、１０^−Ｘを示す。

さらに、表１（Ｄ）には、上述した上面式（１）〜（２）の値を示す。これらのことは以下の実施例で示す数値例でも同じである。

ｘ＝（ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ² ／Ｒ² ）｝^1/2 ］
＋Ａｙ⁴＋Ｂｙ⁶＋Ｃｙ⁸＋Ｄｙ¹⁰＋Ｅｙ¹²

（表１）
ｆ＝16.7〜24.9（変倍比1.49） ω＝29.4°〜20.7° F/1.85〜F/2.63
（Ａ）
面番号 R d nd νd
1 36.866 1.80 1.80518 25.4
2 17.606 5.55
3* 202.646 3.00 1.52996 55.8
4* 51.442 8.83
5 -23.965 1.90 1.48749 70.2
6 -181.347 12.40
7 -175.168 4.63 1.58143 40.7
8 -37.986 ( )
9 64.839 3.37 1.74949 35.2
10 -475.443 ( )
11 29.879 2.31 1.48749 70.2
12 48.233 ( )
13 -230.242 1.10 1.83400 37.1
14 28.192 5.03 1.48749 70.2
15 -44.727 ( )
16 -21.822 1.40 1.74949 35.2
17 1061.029 0.50
18 56.698 7.05 1.48749 70.2
19 -24.675 0.50
20* -66.305 3.60 1.52996 55.8
21* -37.358 ( )
22 65.607 4.19 1.48749 70.2
23 -78.473 1.20
24 ∞ 26.00 1.51633 64.1
25 ∞ 7.43
26 ∞ 18.00 1.80518 25.4
27 ∞ 4.50
ID ∞
（Ｂ）
広角端 望遠端
d8 27.893 4.342
d10 41.495 19.159
d12 5.512 18.072
d15 2.382 18.686
d21 0.500 17.523

（Ｃ）
面番号 c(1/r) K A B C D
E
3 4.934e-003 0.000e+000 7.634e-005 -1.961e-007 2.823e-010 1.082e-012 -3.686e-015
4 1.943e-002 -3.410e+001 9.595e-005 -3.350e-007 4.546e-010 1.485e-012 -7.830e-015
20 -1.508e-002 0.000e+000 -1.936e-005 4.422e-009 -2.045e-010 1.258e-012 -1.479e-015
21 -2.676e-002 3.579e+000 -1.084e-007 1.763e-008 2.290e-011 2.273e-013 1.286e-015

（Ｄ）
式（１）の値 ＝ 0.556
式（２）の値 ＝ 0.492
式（３）の値 ＝ 0.187
式（４）の値 ＝ 0.415

図２には、上記数値例の広角端および望遠端での球面収差図、非点収差図および歪曲収差図を示す。

図３には、本発明の実施例２である投射レンズの構成を示す。図３は、該投射レンズの広角（ワイド）状態での光学配置を示している。

本実施例の投射レンズは、拡大側から縮小側に順に、負，正，正，負，正の屈折力を有する第１〜第５レンズユニット１０〜５０により構成されている。変倍の際には、第２，第３および第４レンズユニット２０〜４０が移動する（但し、矢印は広角側から望遠側への変倍時の移動方向を示す）。一方、変倍に際して、第１レンズユニット１０と最終レンズユニットである第５レンズユニット５０は不動（固定）である。

第１レンズユニット１０は、拡大側から順に、負，負，負，正の４枚のレンズエレメント（第１〜第４レンズエレメント）１１〜１４で構成されている。また、該第１レンズユニット１０のうち最も縮小側の屈折面である第４レンズエレメント１４の縮小側レンズ面Ｓは、縮小側に向かって凸の形状を有する。

第２レンズユニット２０は、１枚の正レンズユニットにより構成されている。

第３レンズユニット３０は、拡大側から順に配置された正レンズエレメント３１と負レンズエレメント３２の貼り合わせレンズにより構成されている。

第４レンズユニット４０は、拡大側から順に配置された負レンズエレメント４１および正レンズエレメント４２の貼り合わせレンズと、負レンズレンズエレメント４３とにより構成されている。

第５レンズユニット５０は、１枚の正レンズエレメントにより構成されている。

本実施例の投射レンズも、条件式（１）〜（４）を満足する。本実施例の投射レンズは、変倍率は実施例１よりも小さくなるが、５レンズユニット構成とすることで、コスト削減の効果がある。その他の構成および作用については、実施例１と同じである。

表２に、本実施例の数値例を示す。
（表２）
ｆ＝16.7〜19.9（変倍比1.19） ω＝29.4°〜25.2° F/1.85〜F/2.25

（Ａ）
面番号 R d nd νd
1 31.847 2.52 1.80518 25.4
2 18.818 6.59
3* 1950.000 3.51 1.52996 55.8
4* 39.684 9.78
5 -28.147 1.90 1.63853 55.3
6 917.435 11.10
7 -130.521 6.50 1.51633 64.1
8 -31.163 ( )
9 70.020 4.57 1.74949 35.2
10 -218.638 24.67
11 ∞ ( )
12 -130.244 3.84 1.48749 70.2
13 -22.670 1.30 1.74949 35.2
14 -33.466 -1.69
15 ∞ ( )
16 -28.628 1.30 1.83400 37.1
17 58.120 5.77 1.48749 70.2
18 -29.473 0.50
19* -226.183 3.49 1.52996 55.8
20* -64.497 ( )
21 52.888 6.77 1.48749 70.2
22 -34.341 1.20
23 ∞ 26.00 1.51633 64.1
24 ∞ 7.43
25 ∞ 18.00 1.80518 25.4
26 ∞ 4.50
ID ∞

（Ｂ）
広角端 望遠端
d8 10.317 0.50000
d11 36.276 28.15678
d15 3.530 21.51164
d20 0.544 0.50000

（Ｃ）
面番号 c(1/r) K A B C D
E
3 5.128e-004 0.000e+000 8.755e-005 -3.369e-007 1.013e-009 -1.944e-012 1.373e-015
4 2.519e-002 -2.680e+001 1.399e-004 -6.195e-007 2.187e-009 -5.931e-012 6.102e-015
19 -4.421e-003 0.000e+000 -1.727e-005 -1.812e-008 -7.555e-011 2.548e-013 8.741e-016
20 -1.550e-002 1.386e+001 -3.341e-006 -8.471e-009 9.925e-011 -5.109e-013 2.801e-015

（Ｄ）
式（１）の値 ＝ 0.536
式（２）の値 ＝ 0.528
式（３）の値 ＝ 0.266
式（４）の値 ＝ 0.415

図４には、上記数値例の広角端および望遠端での球面収差図、非点収差図および歪曲収差図を示す。

図５には、本発明の実施例３である投射レンズの構成を示す。本実施例は、第１〜第６レンズユニット１０〜６０を有し、基本的な構成は実施例１と同じであるが、第３レンズユニット３０に貼り合わせレンズを用いることで、第３レンズユニット３０の移動による色収差への影響を減じている。これにより、実施例１に比べて第３レンズユニット３０の移動自由度を高め、全体の光学性能を向上させることができ、さらに高変倍率を実現している。その他の構成および作用については、実施例１と同じである。

表３に、本実施例の数値例を示す。
（表３）
ｆ＝16.7〜28.6（変倍比1.71） ω＝29.4°〜18.2° F/1.85〜F/2.76

（Ａ）
面番号 R d nd νd
1 31.518 2.32 1.80518 25.4
2 18.323 5.85
3* 38.785 3.00 1.52996 55.8
4* 22.140 9.66
5 -32.512 1.90 1.48749 70.2
6 256.299 12.72
7 456.253 4.58 1.63979 34.4
8 -52.715 39.59
9 ∞ ( )
10 48.098 3.05 1.83400 37.1
11 358.690 ( )
12 ∞ 0.50
13 -916.537 2.90 1.48749 70.2
14 -32.753 1.42 1.83400 37.1
15 -58.322 ( )
16 -37.629 1.30 1.74949 35.2
17 44.415 4.70 1.48749 70.2
18 -30.564 ( )
19 -23.603 1.71 1.83400 37.1
20 -495.151 0.50
21 58.283 6.78 1.49699 81.5
22 -24.820 0.50
23* -73.801 4.10 1.52996 55.8
24* -37.077 ( )
25 48.418 3.15 1.78589 44.2
26 306.852 1.20
27 ∞ 26.00 1.51633 64.1
28 ∞ 7.43
29 ∞ 18.00 1.80518 25.4
30 ∞ 4.50
ID ∞

（Ｂ）
広角端 望遠端
d8 39.59215 0.50000
d11 29.84411 21.14059
d15 1.74718 18.68824
d18 2.12334 2.16924
d24 0.50000 31.30871

（Ｃ）
面番号 c(1/r) K A B C D
E
3 2.578e-002 0.000e+000 1.760e-005 -4.526e-008 -7.478e-011 7.160e-013 -1.566e-015
4 4.516e-002 -5.369e+000 6.374e-005 -2.744e-007 5.385e-010 -6.809e-013 -8.381e-016
23 -1.354e-002 0.000e+000 -1.143e-005 1.318e-008 -2.232e-010 1.225e-012 -2.017e-015
24 -2.697e-002 3.607e+000 7.016e-006 2.774e-008 3.908e-012 2.190e-013 1.014e-015

（Ｄ）
式（１）の値 ＝ 0.566
式（２）の値 ＝ 0.217
式（３）の値 ＝ 0.173
式（４）の値 ＝ 0.415

図６には、上記数値例の広角端および望遠端での球面収差図、非点収差図および歪曲収差図を示す。

図７は、上記実施例１〜３の投射レンズを有する液晶プロジェクタ（画像投射装置）の光学系の構成を示している。図７は、液晶プロジェクタのうち照明光学系１０１およびダイクロイックミラー１０２以外の部分を、液晶パネルの短辺側から見たときの構成（側面図）を示している。照明光学系１０１およびダイクロイックミラー１０２は、実際には、図７の紙面に垂直な水平面内に配置されている。

また、投射レンズ１０５の光軸３０１は、後述する第３の偏光ビームスプリッタ１０３ｃ、すなわち色分解合成光学系の射出光軸３０２に対して上方にシフトしている。これは、プロジェクタはテーブル上に設置されて使用される場合が多いため、投射光の下部がテーブルによってけられないようにするためである。また、使用用途として、上方に投射することが多いためでもある。なお、図示しないが、該プロジェクタを上方から見たときは、投射レンズ１０５の光軸３０１と色分解合成光学系の射出光軸３０２とは一致している。

照明光学系１０１は、光源ランプや、該光源ランプからの照明光を複数の光束に分割した後、液晶パネル上で重ね合わせるための操作を行うレンズ素子や、照明光を所定の偏光方向を有する偏光光とするための偏光変換素子を含む。また、光路を折り曲げるミラーも照明光学系１０１内に配置されている。

色分解合成光学系には、ダイクロイックミラー１０２および第１〜第３の偏光ビームスプリッタ１０３ａ〜１０３ｃが含まれている。

照明光学系１０１から射出された照明光は、ダイクロイックミラー１０２によって色分解される。ダイクロイックミラー１０２で反射した緑の光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０３ａを透過して、画像形成素子又は光変調素子である第１の反射型液晶パネル１０４Ｇを照明する。また、ダイクロイックミラー１０２を透過した赤の光と青の光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３ｂに入射する。

第２の偏光ビームスプリッタ１０３ｂで反射した赤光は、第２の反射型液晶パネル１０４Ｒを照明する。また、第２の偏光ビームスプリッタ１０３ｂを透過した青光は、第３の反射型液晶パネル１０４Ｂを照明する。

該プロジェクタの液晶駆動回路１２０には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置１３０が接続されている。液晶駆動回路１２０は、画像供給装置１３０から入力された画像（映像）情報に基づいて反射型液晶パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂを駆動し、これらに各色用の原画を形成させる。これにより、各反射型液晶パネルに入射した光は、反射されるとともに原画に応じて変調（画像変調）される。

第１の反射型液晶パネル１０４Ｇで反射および画像変調された緑光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０３ａに再び入射し、該第１の偏光ビームスプリッタ１０３ａで反射されて第３の偏光ビームスプリッタ１０３ｃに入射する。そして、第３の偏光ビームスプリッタ１０３ｃで反射されて投射レンズ１０５に入射する。

一方、第２の反射型液晶パネル１０４Ｒで反射および画像変調された赤光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３ｂに再び入射し、該第２の偏光ビームスプリッタ１０３ｂを透過して第３の偏光ビームスプリッタ１０３ｃに入射する。そして、第３の偏光ビームスプリッタ１０３ｃを透過して投射レンズ１０５に入射する。

さらに、第３の反射型液晶パネル１０４Ｂで反射および画像変調された青光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３ｂに再び入射し、該第２の偏光ビームスプリッタ１０３ｂで反射されて第３の偏光ビームスプリッタ１０３ｃに入射する。そして、第３の偏光ビームスプリッタ１０３ｃを透過して投射レンズ１０５に入射する。

第３の偏光ビームスプリッタ１０３ｃによって色合成された３色の画像光（カラー画像）は、投射レンズ１０５によって不図示のスクリーン等の被投射面に拡大投射される。

なお、ダイクロイックミラー１０２、偏光ビームスプリッタ１０３ａ〜１０３ｃおよび反射型液晶パネル１０４Ｇ，１０４Ｒ，１０４Ｂの間には、偏光板、１／４波長板、色選択性偏光変換素子等の光学素子が配置されているが、ここでの詳しい説明は省略する。

本実施例では、実施例１〜３に示した光学構成を有するバックフォーカスが十分長い投射レンズ１０５を用いることで、液晶パネルと投射レンズとの間に第１〜第３の偏光ビームスプリッタを無理なく配置することができる。

なお、本実施例では、反射型液晶パネルを用いたプロジェクタについて説明したが、本発明の投射レンズは、透過型液晶パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いたプロジェクタにも適用することができる。

本発明の実施例１である投射レンズの構成を示す断面図。 実施例１の投射レンズの収差図。 本発明の実施例２である投射レンズの構成を示す断面図。 実施例２の投射レンズの収差図。 本発明の実施例３である投射レンズの構成を示す断面図。 実施例３の投射レンズの収差図。 本発明の実施例４である液晶プロジェクタの構成を示す断面図。

符号の説明

１０ 第１レンズユニット
２０ 第２レンズユニット
３０ 第３レンズユニット
４０ 第４レンズユニット
５０ 第５レンズユニット
６０ 第６レンズユニット
８０ 色合成光学素子
Ｓ 第１レンズユニットの縮小側レンズ面
ＩＤ 縮小側共役面（画像形成素子）

Claims (10)

1. 少なくとも５つのレンズユニットを有する変倍可能な投射レンズであって、
   拡大側から縮小側に順に、負の光学的パワーを有する第１レンズユニット、正の光学的パワーを有する第２レンズユニットおよび正の光学的パワーを有する第３レンズユニットが配置され、
   最も縮小側に、正の光学的パワーを有する最終レンズユニットが配置され、
   前記第１レンズユニットのうち最も縮小側に配置された縮小側屈折面が、縮小側に向かって凸形状を有し、
   変倍に際して前記第１レンズユニットおよび前記最終レンズユニットが不動であり、
   さらに以下の条件を満足することを特徴とする投射レンズ。
   ０．４＜｜φＳ／φ１｜＜０.７
   ０．１＜φ３／φ２＜０.７
   ｜Ｅ／ｆ｜＜０.３
   但し、ｎは前記縮小側屈折面を有するレンズエレメントを構成する材料の屈折率、ｒは前記縮小側屈折面の曲率半径、φＳは前記縮小側屈折面の屈折力であって、φＳ＝（１−ｎ）／ｒで表される。また、φ１，φ２およびφ３はそれぞれ、第１，第２および第３レンズユニットの屈折力、Ｅは該投射レンズの縮小側共役面から射出瞳までの距離、ｆは該投射レンズの焦点距離である。
2. 以下の条件をさらに満足することを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
   ｜ｆ/ｂｆ｜＜０.５５
   但し、ｂｆは該投射レンズのバックフォーカスの空気換算値である。
3. 前記最終レンズユニットが１つの正レンズエレメントからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射レンズ。
4. 前記第２レンズユニットが、１つの正レンズエレメントからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の投射レンズ。
5. 前記第３レンズユニットが、１つの正レンズエレメントからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の投射レンズ。
6. 前記第３レンズユニットが、１つの貼り合わせレンズからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の投射レンズ。
7. 拡大側から縮小側に順に配置された、
   負の光学的パワーを有する第１レンズユニット、
   正の光学的パワーを有する第２レンズユニット、
   正の光学的パワーを有する第３レンズユニット、
   負の光学的パワーを有する第４レンズユニット、
   正の光学的パワーを有する第５レンズユニット、および
   正の光学的パワーを有する前記最終レンズユニットである第６レンズユニットで構成さ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つに記載の投射レンズ。
8. 拡大側から縮小側に順に配置された、
   負の光学的パワーを有する第１レンズユニット、
   正の光学的パワーを有する第２レンズユニット、
   正の光学的パワーを有する第３レンズユニット、
   負の光学的パワーを有する第４レンズユニット、および
   正の光学的パワーを有する前記最終レンズユニットである第５レンズユニットで構成さ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つに記載の投射レンズ。
9. 光源からの光により照明される画像形成素子と、
   該画像形成素子からの光を被投射面に投射する請求項１から８のいずれか１つに記載の投射レンズとを有する画像投射光学系。
10. 請求項９に記載の画像投射光学系を有することを特徴とする画像投射装置。