JP3687353B2

JP3687353B2 - 投影光学系

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Publication number: JP3687353B2
Application number: JP17577498A
Authority: JP
Inventors: 賢治金野; 宏太郎林
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: US6231192B1; JP2000009996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系に関するものであり、更に詳しくは、多板方式の投影装置(例えば液晶プロジェクター)に用いられる投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の液晶プロジェクターの多くには、透過型，反射型を問わず多板方式が採用されている。そして色合成には、色合成用の薄膜を有するプリズム(つまりダイクロイックプリズム)が用いられることが多い。透過型表示パネルを有する投影装置において色合成をプリズムで行う例としては、特開昭63-116123号公報で提案されている表示装置が挙げられる。この装置では、光源から出た光が２枚のダイクロイックミラーで３つの色成分に分解され、各色成分に対応する液晶ライトバルブをそれぞれ通過する。そして、色合成用のクロスダイクロイックプリズムを通過した後、投影光学系に入射する。
【０００３】
また、反射型表示パネルを有する投影装置において色合成をプリズムで行う例としては、特開平3-249639号公報で提案されている液晶プロジェクターが挙げられる。この装置では、光源から出た光が偏光ビームスプリッタで反射されて、クロスダイクロイックプリズムで３つの色成分に分解される。そして、各色成分に対応する表示パネルでそれぞれ変調・反射された後、再びクロスダイクロイックプリズム，偏光ビームスプリッタを通過して投影光学系に入射する。
【０００４】
一方、色合成にプリズムを用いない投影装置も知られている。例えば特開平3-78738号公報では、透過型表示パネルを有し、かつ、色合成をミラーで行う投影装置が提案されている。この装置では、光源から出た光が２枚のダイクロイックミラーで３つの色成分に分解され、各色成分に対応する透過型表示パネルをそれぞれ通過する。そして、透過型表示パネルで変調された各色光は、２枚の色合成用のダイクロイックミラーで順次反射又は透過を行った後、投影光学系に入射する。
【０００５】
特開平8-334727号公報では、反射型表示パネルを有し、かつ、色合成をミラーで行う投影装置が提案されている。この装置も特開平3-78738号公報で提案されているものと同様、２枚の色合成用のダイクロイックミラーで順次反射又は透過を行う構成となっている。ただし、ダイクロイックミラーへの入射角度が４５度以下になっており、更に各ダイクロイックミラーに向かう光軸が互いに略直角をなすように構成されている(つまり表示パネルに対する入射光路と反射光路を含む平面が互いに直交する位置関係にある。)。米国特許第5,231,431号明細書においても、特開平3-78738号公報で提案されているものと同様、透過型表示パネルを有し、かつ、色合成をミラーで行う投影装置が提案されている。ただし、表示パネルと投影レンズとの間に、非点隔差を補正するシリンダー型ミラーが配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に色合成用のプリズムは体積が大きいため、その製造には大きなガラスブロックが必要とされる。また、貼り合わせに非常に高い精度が要求される。したがって、特開昭63-116123号公報や特開平3-249639号公報で提案されているように色合成のためにクロスダイクロイックプリズムを用いると、コストが高くなってしまう。
【０００７】
また、特開平3-78738号公報で提案されているようにプリズムを用いずにミラーで色合成を行うと、光軸に対して傾いたガラス平板を光線が通過する場合と同様、ダイクロイックミラーを透過する光線に非点隔差が発生してしまう。その非点隔差の影響で投影像が劣化することになる。特開平8-334727号公報で提案されているように、入射光路と反射光路を含む平面が互いに直交するように２つの表示パネルを配置して、各ダイクロイックミラーで発生する非点隔差が互いに打ち消し合うようにすれば、非点隔差の補正は可能である。しかし、表示パネルの配置が複雑になるため、その保持・調整が困難になる。さらに、投影装置が上下方向に大型化するという問題も生じてしまう。また、米国特許第5,231,431号明細書に開示されているように表示パネルと投影レンズとの間に非点隔差補正用の部材を配置した場合には、その分だけレンズバックが必要となるので、良好な光学性能を維持するのが困難になる。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、色合成をミラーで行っても良好な結像性能が得られる、コンパクトな投影光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の投影光学系は、複数の反射型表示パネルのそれぞれに対して傾いて配置され、各反射型表示パネルからの特定の波長域の光を反射させるとともに別の波長域の光を透過させることにより前記反射型表示パネルの表示画像を色合成する色合成ミラーと、その色合成ミラーで色合成された画像をスクリーン上に投影する投影レンズと、を備えた投影光学系であって、前記反射型表示パネルの色合成ミラー側直前に、前記投影レンズの光軸に対して偏心したコンデンサーレンズを有し、前記投影レンズが、非点隔差を補正する補正部材と、その補正部材の色合成ミラー側に配置された少なくとも１枚のレンズ部材と、を有し、前記反射型表示パネルに向かう照明光と前記反射型表示パネルから前記投影レンズに向かう投影光との両方が前記色合成ミラーを透過するように、前記反射型表示パネルに向かう照明光が前記投影レンズの光軸に対して角度を成すことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明の投影光学系は、上記第１の発明の構成において、前記色合成ミラーが、２枚の透明基板の間にダイクロイック面を有する少なくとも１枚のダイクロイックミラーから成ることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明の投影光学系は、上記第１の発明の構成において、前記補正部材がガラス平板から成り、前記補正部材の法線と前記投影レンズの光軸とを含む平面と、前記色合成ミラーの法線と前記投影レンズの光軸とを含む平面と、が直交するように、前記補正部材が傾き偏心していることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明の投影光学系は、上記第１の発明の構成において、楕円形状の絞りを有し、その楕円の短軸方向と前記反射型表示パネルでの光路の折り返し方向とが一致することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明の投影光学系は、上記第１の発明の構成において、前記コンデンサーレンズが前記色合成ミラーの傾き方向に対してほぼ垂直方向に偏心しており、その光軸が前記反射型表示パネルの表示領域外に位置することを特徴とする。
【００１４】
第６の発明の投影光学系は、上記第１の発明の構成において、前記補正部材がシリンダーレンズであることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した投影光学系を、図面を参照しつつ説明する。なお、図中のＸ，Ｙ，Ｚは互いに直交する方向を示しており、第１群(Gr1)の光軸(AX)に沿った方向をＺ方向としている。また、実施の形態相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１６】
《第１の実施の形態(図１，図２)》
図１に第１の実施の形態のＹ−Ｚ断面を示し、図２に斜視図を示す。図１に示すように、第１の実施の形態の投影光学系は、投影レンズ(U1)と色合成ミラー(U2)とで構成されている。そして、この投影光学系の拡大側(図１の左側)には不図示の投影用スクリーンが位置しており、投影光学系の縮小側には３つの表示パネル(P1〜P3，図２)が位置している。表示パネル(P1〜P3)は透過型又は反射型の液晶表示パネルであり、表示パネル(P1〜P3)の画像が投影レンズ(U1)で拡大されて結像する位置に上記スクリーンが配置されている。
【００１７】
色合成ミラー(U2)は、３枚の表示パネル(P1〜P3，図２)に表示される画像を色合成する２枚の色合成ミラー(M1,M2)から成っている。色合成ミラー(M1,M2)は、厚み・材質共等しい２枚の透明なガラス平板(平行平面ガラス板)を張り合わせて成るダイクロイックミラーであって、その２枚の透明基板間の接合面に、ダイクロイックコートにより形成されたダイクロイック面を有している。そのダイクロイック面は特定の波長域の光を反射させるとともに別の波長域の光を透過させるため、各表示パネル(P1〜P3)からの光線は、ダイクロイック面を順次反射・透過することにより色合成される。色合成ミラー(M1,M2)を透過する光線も、色合成ミラー(M1,M2)で反射される光線も、共にガラス平板２枚分を通過することになるので、色合成ミラー(M1,M2)での反射光線と透過光線とは光学的には全く等価となる。
【００１８】
図２から分かるように、色合成ミラー(M1,M2)は各表示パネル(P1〜P3)に対して傾いて配置されていると同時に、共にＹ方向にほぼ平行な軸を中心として互いに逆方向に傾いている。つまり、色合成ミラー(M1)と色合成ミラー(M2)とは、光軸(AX)に対する傾き偏心の中心となる軸が同方向であるとともに、傾き偏心の回転方向が逆方向になっている。傾き偏心の中心となる軸が同方向であれば、３つの表示パネル(P1〜P3)に向かう光軸(AX)はすべて同一平面上(Ｘ−Ｚ平面上)に位置することになるので、３つの表示パネル(P1〜P3)はすべて同一平面上(Ｘ−Ｚ平面上)又はその近辺に位置することになる。表示パネル(P1〜P3)がこのように配置されているため、照明光学系を配置するのは容易である。
【００１９】
表示パネル(P1)から出た光が色合成ミラー(M1)を透過し、表示パネル(P2)から出た光が色合成ミラー(M1)で反射されることにより、表示パネル(P1)の画像と表示パネル(P2)の画像とが色合成される。その色合成後の光は、色合成ミラー(M2)を透過する際に、表示パネル(P3)から出て色合成ミラー(M2)で反射された光と、更に色合成される。ただし、表示パネル(P3)から出た光は、色合成ミラー(M2)に入射する前にダミーガラス(GP2)を通過する。このダミーガラス(GP2)は、色合成ミラー(M1)と同様、Ｙ方向にほぼ平行な軸を中心として傾いている(図２)。そして、各色合成ミラー(M1,M2)を構成しているガラス平板と同じ材質で、その２枚分の厚み{つまり各色合成ミラー(M1,M2)の厚み}を有している。したがって、３つの表示パネル(P1〜P3)から出た３つの光は、光学的には全く同じ光路を通過して色合成されることになる。
【００２０】
図１に示すように、色合成ミラー(U2)を通過した光線は投影レンズ(U1)に入射する。投影レンズ(U1)は、色合成ミラー(U2)で色合成された画像をスクリーン上に投影する光学系であって、拡大側(スクリーン側)から順に、負の第１群(Gr1)と、ガラス平板(GP1)と、正の第２群(Gr2)と、絞り(ST)と、正の第３群(Gr3)と、から成っている。ガラス平板(GP1)は、非点隔差を補正する補正部材であって、色合成ミラー(U2)に対してねじれの関係の方向に傾き偏心している。つまり、ガラス平板(GP1)は、Ｘ方向にほぼ平行な軸を中心として傾くことにより、ガラス平板(GP1)の法線と投影レンズ(U1)の光軸(AX)とを含むＹ−Ｚ平面と、色合成ミラー(M1,M2)の法線と投影レンズ(U1)の光軸(AX)とを含むＸ−Ｚ平面と、が直交するように傾き偏心している。
【００２１】
一般に斜めに傾いたガラス平板を光が通過すると、Ｓ(sagittal)像とＭ(meridional)像の焦点位置が、ガラス平板の厚みと傾きに応じてずれてしまう。第１の実施の形態では、表示パネル(P1〜P3)を出た光が投影レンズ(U1)に入射するまでに、２枚の傾いたガラス平板{つまり色合成ミラー(M1,M2)}を通過するので、Ｓ像とＭ像の焦点位置は大きくずれてしまう。このようにして発生する非点隔差を補正するのが、投影レンズ(U1)内に傾けて配置されたガラス平板(GP1)である。具体的には、色合成ミラー(M1,M2)がＹ方向にほぼ平行な軸を中心に傾けて配置されているのに対し、ガラス平板(GP1)はＸ方向にほぼ平行な軸を中心に傾けて配置されている。このように傾き偏心の中心となる軸の方向が異なっているため、ガラス平板(GP1)の厚みを最適化すれば、Ｓ像の焦点位置とＭ像の焦点位置とを同じにすることができるのである。なお、ガラス平板(GP1)はレンズ群間に配置される構成となっているため、レンズバックを新たに確保する必要はない。したがって、良好な光学性能が維持される。
【００２２】
色合成ミラー(M1,M2)の傾き偏心の中心となる軸の方向と、ガラス平板(GP1)の傾き偏心の中心となる軸の方向と、は直交していること(言い換えれば、傾きの中心となる軸が９０°ずれていること)が望ましい。互いに直交した方向の軸を中心に傾いた２枚のガラス平板を光が通過するように構成すれば、軸上光線と軸外光線の両方でＳ像とＭ像の焦点位置を揃えることができるからである。逆に傾きの中心となる軸の方向が直交していないと、その効果を得ることは困難であるが、軸方向が直交するような前記ねじれの関係に近ければ、同様の補正効果を得ることは可能である。
【００２３】
《第２の実施の形態(図３，図４)》
図３に第２の実施の形態のＹ−Ｚ断面を示し、図４に斜視図を示す。第２の実施の形態の特徴は、表示パネル(P1〜P3)の色合成ミラー(U2)側直前に、偏心したコンデンサーレンズ(CL1〜CL3)を設けた点にある。表示パネル(P1〜P3)の直前にコンデンサーレンズ(CL1〜CL3)を用いると、表示パネル(P1〜P3)に対する照明が軸上と軸外とでほぼ同じ角度になる。したがって、入射角度により透過率やコントラストが異なる液晶ライトバルブ等を表示パネルに用いた場合でも、表示パネル(P1〜P3)の中心と周辺とで照明光の入射角度の変化が小さくなるので、照明ムラやコントラストの面で有利になる。
【００２４】
またコンデンサーレンズ(CL1〜CL3)は、Ｙ方向{色合成ミラー(M1,M2)の傾き方向に対してほぼ垂直方向}に対してほぼ平行に大きく偏心している。一般に像面付近のレンズを平行偏心させると、レンズのパワーと偏心量に応じてＳ像とＭ像の焦点位置がずれてしまう。第２の実施の形態ではこれを利用している。つまり第２の実施の形態によれば、色合成ミラー(M1,M2)で発生する非点隔差を、偏心したコンデンサーレンズ(CL1〜CL3)とガラス平板(GP1)とによって、より効果的に補正することができるのである。偏心したコンデンサーレンズ(CL1〜CL3)の偏心量は、そのレンズ半径の半分以上であること、つまりコンデンサーレンズ(CL1〜CL3)の光軸が表示パネル(P1〜P3)の表示領域外に出るように配置することが望ましい。このようにすれば、１枚のレンズを２等分して用いることができるので、コスト的に有利となる。
【００２５】
《第３の実施の形態(図５)》
図５に第３の実施の形態のＹ−Ｚ断面を示す。第３の実施の形態の特徴は、第１群(Gr1)と第２群(Gr2)との間に、補正部材としてシリンダーレンズ(CY)を設けた点にある。このシリンダーレンズ(CY)は、一方の面が平面になっており、他方の面にシリンダー曲率を有している。一般に光がシリンダーレンズを透過すると、シリンダー曲率をもつ方向の像点だけが移動する(第３の実施の形態ではＹ−Ｚ断面において像点が移動する。)。したがって、曲率のある方向をＭ方向又はＳ方向に合わせると、Ｓ像とＭ像の焦点位置をずらすことができる。第３の実施の形態ではこれを利用している。つまり第３の実施の形態によれば、色合成ミラー(M1,M2)で発生する非点隔差を、シリンダーレンズ(CY)によって補正することができるのである。
【００２６】
色合成ミラー(M1,M2)の傾き方向とシリンダーレンズ(CY)の曲率の方向とは、平行又は直交していることが望ましい。例えば、第３の実施の形態においてはＹ−Ｚ断面で曲率のある凸レンズが用いられているが、これの代わりにＸ−Ｚ断面で曲率のある凹レンズを用いてもよい。また第３の実施の形態のように、シリンダーレンズ(CY)を投影レンズ(U1)中(つまりレンズ群間)に配置することが望ましい。投影レンズ(U1)と表示パネル(P1〜P3)との間にシリンダーレンズ(CY)を配置すると、その分だけ余分にレンズバックが必要となり、良好な光学性能を維持するのが困難になるからである。また、投影レンズ(U1)と表示パネル(P1〜P3)との間に配置したときのシリンダー曲率半径は非常に大きく作製が難しいが、レンズ群間に配置すると作製しやすいシリンダー曲率半径にすることができる。なお、投影光学系中のもともと空間的に余裕がある場所にシリンダーレンズ(CY)を配置しても、光学性能を劣化させることなく非点隔差を良好に補正することができる。
【００２７】
《第２の実施の形態の照明方法(図６〜図８)》
図６に、第２の実施の形態の照明構成を示す。ここでは簡単のために、色合成ミラー(U2)を色分解にも兼用するものとする。そして、２枚の色合成ミラー(M1,M2)を透過して表示パネル(P1)に入射する色成分の光に関して説明する。
【００２８】
まず、光源(LS)を出た光は、回転楕円面のリフレクタ(RE)で反射される。光源(LS)を出てリフレクタ(RE)で反射された光が第２焦点位置で収差なく結像するようにするため、光源(LS)を回転楕円面の第１焦点位置に配置することが望ましい。また、リフレクタ(RE)の開口は第２レンズアレイ(AR2)の開口よりも大きいので、図６に示すように集光作用をもつ回転楕円面のリフレクタ(RE)を用いるのが望ましい。その集光作用によりリフレクタ(RE)を出た光は絞られるため、遠くに離れて位置する素子ほど小さくすることができる。したがって、材料費を削減してコストを下げることが可能である。
【００２９】
リフレクタ(RE)で反射された光は、偏光分離ブロック(PB)に入射する。偏光分離ブロック(PB)は、偏光分離ミラー面(RS)とミラー面(RP)とを有しており、この２つの面(RS,RP)が異なる角度で光を反射させるように配置されている。無偏光状態の光が偏光分離ブロック(PB)に入射すると、まず偏光分離ミラー面(RS)でＳ偏光のみが反射されＰ偏光は透過する。透過したＰ偏光はミラー面(RP)で反射され、再び偏光分離ミラー面(RS)を透過して偏光分離ブロック(PB)外へ射出する。したがって、偏光分離ブロック(PB)に入射した無偏光光線は、Ｓ偏光とＰ偏光とが角度差をもって射出することになる。
【００３０】
偏光分離ブロック(PB)外へ射出した光は、第１レンズアレイ(AR1)を透過した後、第２レンズアレイ(AR2)を透過する。第１レンズアレイ(AR1)は、表示パネル(P1)と相似形状をした四角形のレンズがアレイ状に配置された構成を有している。そしてこの第１レンズアレイ(AR1)には、光源(LS)を複数の面光源として分割し、後に重ね合わせることで表示パネル(P1)の照明ムラを小さくする働きがある。このため、第１レンズアレイ(AR1)の焦点距離は、リフレクタ(RE)から出た光が第２レンズアレイ(AR2)位置で結像するように設定されており、一方、第２レンズアレイ(AR2)の焦点距離は、第１レンズアレイ(AR1)で分割された光源像が表示パネル(P1)上で重ね合わされるように設定されている。
【００３１】
第１レンズアレイ(AR1)にはＰ偏光とＳ偏光が異なる角度で入射するので、第２レンズアレイ(AR2)上には、Ｐ偏光の像とＳ偏光の像が形成される。第２レンズアレイ(AR2)の前側(又は後ろ)には、Ｐ偏光，Ｓ偏光のいずれか一方の光路中に二分の一波長板(不図示)が配置されている。この二分の一波長板によって、光源(LS)から出た光線の偏光方向が揃えられる。
【００３２】
また第２レンズアレイ(AR2)は、投影光学系の絞り(ST)と共役な位置に配置されている。このような配置にすることにより、光源(LS)からの光を無駄なく表示パネル(P1)の照明に用いることができる。また、照明のためにリレーレンズ等の光学系を設ける必要がないので、少ない部品点数で照明光学系を構成することができる。したがって、コスト的にも好ましい配置といえる。
【００３３】
第２レンズアレイ(AR2)を出た光は、色合成ミラー(U2)で各色成分に分解される。そして、色分割された光のうちの一つ{色合成ミラー(U2)を透過した光}が、コンデンサーレンズ(CL1)を通って表示パネル(P1)に到達する。表示パネル(P1)は反射型液晶素子であり、ここで変調された光のみが表示パネル(P1)から射出される。表示パネル(P1)から射出された光は、コンデンサーレンズ(CL1)を通過し、色合成ミラー(U2)で色合成された後、投影レンズ(U1)でスクリーン上に画像投影される。
【００３４】
図６から分かるように、第２レンズアレイ(AR2)はＹ方向に沿って絞り(ST)のすぐ上に位置している。第２レンズアレイ(AR2)の位置が絞り(ST)に近ければ近いほど、色合成ミラー(M1,M2)のサイズを小さくすることができるので、図６に示すように第２レンズアレイ(AR2)を絞り(ST)の近くに配置するのが望ましい。また、表示パネル(P1)が長方形をなしている場合には、第２レンズアレイ(AR2)の位置を絞り(ST)に近づけるために、表示パネル(P1)での光路の折り返し方向と表示パネル(P1)の短辺方向とを同じ方向にすることが望ましい。
【００３５】
また、投影光学系の絞り(ST)の形状を円から楕円に変えて、表示パネル(P1)での光路の折り返し方向と楕円の短軸方向とを一致させることが望ましい。このように楕円絞りを用いることにより、第２レンズアレイ(AR2)の位置を絞り(ST)に近づけることができる。図７に、楕円絞りを用いて第２レンズアレイ(AR2)位置を絞り(ST)に近づけた場合のＹ−Ｚ断面構成を示す。また図８に、楕円絞りの形状を示す。なお、この投影光学系の光学構成では、Ｙ方向のＦナンバーは５．０であるが、Ｘ方向のＦナンバーは２．５である。
【００３６】
ところで、図６から分かるように、色合成ミラー(M1,M2)には光源(LS)から表示パネル(P1)に向かう照明光と表示パネル(P1)から投影光学系に向かう投影光との両方が透過する{なお、表示パネル(P2,P3)については反射する}。そしてこれら２つの光は、傾き偏心の方向が異なる２枚の色合成ミラー(M1,M2)に対する入射角度に関して、大きな角度差をもっている。照明光として偏光を使用すると、色合成ミラー(M1,M2)における偏光軸が入射角度の大きな光に関して大きく傾くため、透過(又は反射)する光線の波長によって偏光方向が変化したり楕円偏光が発生したりする。表示パネル(P1)に液晶表示素子を用いた場合、偏光方向が変化した分や楕円偏光分の偏光成分が、液晶表示素子に用いられている偏光板によって遮断されてしまうため、十分な照明効率が得られないという問題や画像の色むらが発生するという問題が生じる。照明光路中に偏光変換ブロック(PB)等を挿入しないで、無偏光状態のままで照明を行えば、偏光面が揃えられていない分の効率は低下するが、偏光軸を持たないので上記問題を解決することは可能である。
【００３７】
《第３の実施の形態の照明方法(図９)》
図９に、第３の実施の形態の照明構成を示す。ここでは透過型の表示パネル(P1〜P3)を使用しているため、それに関連する構成が前述した第２の実施の形態の照明構成とは異なっている。光源(LS)；リフレクタ(RE)；偏光分離ブロック(PB)；第１，第２レンズアレイ(AR1,AR2)を通過した光は、ダイクロイックミラー(m1,m2)で各色成分に分解され、反射ミラー(R1〜R3)で光路を折り曲げられた後、コンデンサーレンズ(C1〜C3)で集光されて、各表示パネル(P1〜P3)に到達する。各表示パネル(P1〜P3)の直前に配置されているコンデンサーレンズ(C1〜C3)は、照明光が無駄なく投影光学系に導かれるように作用する。また、表示パネル(P3)に向かう光だけ光路が異なるので、その光路中にリレーレンズ(RL)を配置することにより、表示パネル(P3)が適正に照明されるようにしている。
【００３８】
透過型の表示パネル(P1〜P3)を使用した場合、照明から投影まで同一平面上で行うことができる。したがって、投影光学系の色合成ミラー(M1,M2)のサイズを小さくし、かつ、レンズバックを短くするためには、色合成ミラー(M1,M2)での光路の折り返し方向を、表示パネル(P1〜P3)の短辺方向に合わせることが望ましい。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明を実施した投影光学系の構成を、コンストラクションデータを挙げて更に具体的に説明する。ここで例として挙げる実施例１〜３は、前述した第１〜第３の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１〜第３の実施の形態を表す光学構成図(図１，図３，図５)は、対応する実施例１〜３の光学構成をそれぞれ示している。各実施例の投影光学系のコンストラクションデータにおいて、ri(i=0,1,2,3,...)は拡大側(すなわちスクリーン側)から数えてi番目の面Si{OB：物体面(スクリーン面)，IM：像面}の曲率半径、di(i=0,1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の軸上面間隔(ここでは偏心前状態について示す。)を示しており、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の光学要素のｄ線に対する屈折率(Nd),アッベ数(νd)を示している。なお、表示パネル(P1〜P3)の大きさとＦナンバー(FNO)を併せて示す。
【００４０】
*印が付された面Siは、非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義されるものとする。各非球面の非球面データを他のデータと併せて示す。
X＝(C・Y²)／{1+√(1-ε・C²・Y²)}＋(A・Y⁴+B・Y⁶+C・Y⁸+D・Y¹⁰+E・Y¹²) …(AS)
ただし、式(AS)中、
X ：光軸(AX)方向の基準面からの変位量、
Y ：光軸(AX)に対して垂直な方向の高さ、
C ：近軸曲率、
ε：２次曲面パラメータ、
A,B,C,D,E：非球面係数、
である。
【００４１】
また、#印が付された面Siは、第１面(S1)を基準とする偏心ブロックの先頭面である。表１〜表３に、各実施例の偏心ブロックデータ{第１面(S1)基準}を示す。各表中の(Ｘ，Ｙ，Ｚ)は各偏心ブロックの先頭面の頂点座標を示しており、その原点となる座標(Ｘ，Ｙ，Ｚ)＝(0,0,0)は第１面(S1)の面頂点である。また、Ｘ回転は各偏心ブロックの先頭面の頂点を通るＸ軸(Ｘ方向に平行な軸)を回転の中心軸とした傾き偏心量(°)を示しており、Ｙ回転は各偏心ブロックの先頭面の頂点を通るＹ軸(Ｙ方向に平行な軸)を回転の中心軸とした傾き偏心量(°)を示している。
【００４２】
《実施例１》

【００４３】
[第４面(r4)の非球面データ]
ε=-6.003380
A= 0.176779×10^-4
B=-0.301695×10^-7
C= 0.315837×10^-10
D=-0.179970×10^-13
【００４４】
[第１０面(r10)の非球面データ]
ε= 1.0
A=-0.510900×10^-5
B= 0.809378×10^-8
C=-0.799855×10^-10
D= 0.249787×10^-12
E=-0.385309×10^-15
【００４５】
[第１２面(r12)の非球面データ]
ε= 1.0
A=-0.117624×10^-5
B= 0.306988×10^-8
C=-0.218337×10^-10
D= 0.468098×10^-13
E=-0.482617×10^-16
【００４６】
【表１】

【００４７】
《実施例２》

【００４８】
[第４面(r4)の非球面データ]
ε=-0.271723
A= 0.513335×10^-5
B=-0.361366×10^-8
C= 0.374707×10^-11
D=-0.869577×10^-14
【００４９】
[第１０面(r10)の非球面データ]
ε= 1.000000
A=-0.586218×10^-5
B= 0.252558×10^-8
C=-0.681401×10^-10
D= 0.270385×10^-12
E=-0.573136×10^-15
【００５０】
[第１２面(r12)の非球面データ]
ε= 1.000000
A=-0.167743×10^-5
B= 0.164845×10^-8
C=-0.196774×10^-10
D= 0.505318×10^-13
E=-0.754412×10^-16
【００５１】
【表２】

【００５２】
《実施例３》

【００５３】
[第４面(r4)の非球面データ]
ε=-5.778788
A= 0.133612×10^-4
B=-0.229618×10^-7
C= 0.226014×10^-10
D=-0.125060×10^-13
【００５４】
[第１２面(r12)の非球面データ]
ε= 1.0
A=-0.242018×10^-5
B=-0.901803×10^-8
C= 0.604584×10^-10
D=-0.161700×10^-12
E= 0.160259×10^-15
【００５５】
【表３】

【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の投影光学系によれば、色合成ミラーで発生する非点隔差が補正部材で補正されるため、色合成をミラーで行っても良好な結像性能を得ることができる。表示パネルの配置が複雑化しないのでコンパクト化が可能であり、また、プリズムが不要なので低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態(実施例１)の光学構成を示す断面図。
【図２】第１の実施の形態(実施例１)の光学構成を示す斜視図。
【図３】第２の実施の形態(実施例２)の光学構成を示す断面図。
【図４】第２の実施の形態(実施例２)の光学構成を示す斜視図。
【図５】第３の実施の形態(実施例３)の光学構成を示す断面図。
【図６】第２の実施の形態(実施例２)と照明光学系の光学構成を示す断面図。
【図７】第２の実施の形態(実施例２)の変形例の光学構成を示す断面図。
【図８】図７の光学構成に用いる楕円絞りを示す断面図。
【図９】第３の実施の形態(実施例３)と照明光学系の光学構成を示す断面図。
【符号の説明】
U1 …投影レンズ
Gr1 …第１群
GP1 …ガラス平板(補正部材)
CY …シリンダーレンズ(補正部材)
Gr2 …第２群
Gr3 …第３群
ST …絞り
U2 …色合成ミラー
M1 …色合成ミラー
M2 …色合成ミラー
CL1〜CL3 …コンデンサーレンズ
P1〜P3 …表示パネル

Claims

複数の反射型表示パネルのそれぞれに対して傾いて配置され、各反射型表示パネルからの特定の波長域の光を反射させるとともに別の波長域の光を透過させることにより前記反射型表示パネルの表示画像を色合成する色合成ミラーと、その色合成ミラーで色合成された画像をスクリーン上に投影する投影レンズと、を備えた投影光学系であって、
前記反射型表示パネルの色合成ミラー側直前に、前記投影レンズの光軸に対して偏心したコンデンサーレンズを有し、前記投影レンズが、非点隔差を補正する補正部材と、その補正部材の色合成ミラー側に配置された少なくとも１枚のレンズ部材と、を有し、前記反射型表示パネルに向かう照明光と前記反射型表示パネルから前記投影レンズに向かう投影光との両方が前記色合成ミラーを透過するように、前記反射型表示パネルに向かう照明光が前記投影レンズの光軸に対して角度を成すことを特徴とする投影光学系。
前記色合成ミラーが、２枚の透明基板の間にダイクロイック面を有する少なくとも１枚のダイクロイックミラーから成ることを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
前記補正部材がガラス平板から成り、前記補正部材の法線と前記投影レンズの光軸とを含む平面と、前記色合成ミラーの法線と前記投影レンズの光軸とを含む平面と、が直交するように、前記補正部材が傾き偏心していることを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
楕円形状の絞りを有し、その楕円の短軸方向と前記反射型表示パネルでの光路の折り返し方向とが一致することを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
前記コンデンサーレンズが前記色合成ミラーの傾き方向に対してほぼ垂直方向に偏心しており、その光軸が前記反射型表示パネルの表示領域外に位置することを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
前記補正部材がシリンダーレンズであることを特徴とする請求項１記載の投影光学系。