JP4672827B2 - ズームレンズ及び該ズームレンズを備える投射型表示装置 - Google Patents

ズームレンズ及び該ズームレンズを備える投射型表示装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズ、特に液晶プロジェクター用投射レンズ系に好適なズームレンズ及び該レンズを備える投射型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、小型で広い画角を有するズームレンズとして、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなり、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群とが光軸上を移動し、前記第1レンズ群と前記第4レンズ群が固定(静止)しているズームレンズが知られている。特に液晶プロジェクターに適したズームレンズとして、特開平9−243917公報、特開平10−20192公報、特開平11−95098公報、特開平11−202200公報等に開示されたレンズが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶プロジェクターにおいてはさらなる省スペース化と映像の高輝度化が求められている。省スペースとしては、短い距離で大画面の投射を可能にする画角の広い投射レンズが求められている。一方、映像の高輝度化を目的として、開口効率の良い反射型の液晶表示デバイスが利用されている。反射型の液晶表示デバイスを利用する液晶プロジェクターにおいては、投射レンズと液晶表示デバイスとの間にダイクロイック・プリズム等の色合成光学系に加えて、検光光学系を挿入する必要がある。また、装置の構成によっては投射レンズと液晶表示デバイスとの間に偏光分離光学系を挿入する場合もある。このため、焦点距離に比べて大きなバックフォーカスが求められている。ここで、バックフォーカスとは、レンズ最終面から像面(液晶面)までの間をすべて空気とした場合の距離、いわゆる空気換算バックフォーカスのことであり、挿入されるガラスブロックの位置および厚さに依存しない光学系固有の値である。
【0004】
特開平9−243917号公報に開示されたズームレンズは、広角端状態における画角が50〜60°と比較的広い画角を有しているが、充分な長さのバックフォーカスを有していなかった。一方、特開平10−20192号公報および特開平11−95098号公報に開示されたズームレンズはいずれも、広角端状態における画角が50°程度と狭く、バックフォーカスも短かった。また、特開平11−202200公報に開示されたズームレンズは、充分なバックフォーカスを有しているが、広角端状態における画角が45°程度と狭かった。
【0005】
本発明は上記問題にかんがみてなされたものであり、長いバックフォーカスと広い画角を有したズームレンズ及び該レンズを備える投射型表示装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなり、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群とが光軸に沿って移動し、前記第1レンズ群と前記第4レンズ群とが固定しているズームレンズにおいて、以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズである。
(1) −2.5 < f1/fw ≦ −1.857
(2) 2.043 ≦ f2/fw < 2.6
(4) −0.7 < β4 < −0.3
但し、fw:広角端状態における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
f1:前記第1レンズ群の焦点距離、
f2:前記第2レンズ群の焦点距離、
β4:前記第4レンズ群の担う倍率である。
である。
【0007】
請求項2の発明は、以下の条件を満足する請求項1に記載のズームレンズである。
(3) 1.4 < f4/fw < 2.
但し、f4:前記第4レンズ群の焦点距離である。
【0008】
請求項3の発明は、フォーカシングに際して前記第1レンズ群を移動することを特徴とする請求項1または2に記載のズームレンズである。
【0009】
請求項4の発明は、光源からの光に対して所定の振動方向の直線偏光変換及び色分解を行うことにより、第1色の偏光と第2色の偏光と第3色の偏光とを出射する偏光色分解光学系と、
前記第1色の偏光の振動方向を、変調して反射する第1反射型ライトバルブと、
前記第2色の偏光の振動方向を、変調して反射する第2反射型ライトバルブと、
前記第3色の偏光の振動方向を、変調して反射する第3反射型ライトバルブと、
前記第1反射型ライトバルブから出射される第1色の変調光と、前記第2反射型ライトバルブから出射される第2色の変調光と、前記第3反射型ライトバルブから出射される第3色の変調光との検光及び色合成を行う検光色合成光学系と、
前記検光色合成光学系から出射された光を投影する投影光学系とを有する投射型表示装置において、
前記投影光学系は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなり、
広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群とが光軸に沿って移動し、前記第1レンズ群と前記第4レンズ群とが固定している投影光学系において、以下の条件を満足する。
(1) −2.5 < f1/fw ≦ −1.857
(2) 2.043 ≦ f2/fw < 2.6
(4) −0.7 < β4 < −0.3
但し、fw:広角端状態における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
f1:前記第1レンズ群の焦点距離、
f2:前記第2レンズ群の焦点距離、
β4:前記第4レンズ群の担う倍率である。
【0010】
請求項5の発明は、さらに、以下の条件を満足する請求項4に記載の投射型表示装置。
(3) 1.4 < f4/fw < 2.8
但し、f4:前記第4レンズ群の焦点距離である。
【0011】
請求項6の発明は、フォーカシングに際して前記第1レンズ群を移動することを特徴とする請求項4または5に記載の投射型表示装置である。
【0013】
【発明の実施の形態】
上述の本発明にかかるズームレンズの構成について説明する。各実施例におけるズームレンズは、液晶表示デバイスなどの空間光変調素子に表示される画像を拡大倍率のもとで図示無きスクリーン上に投射するものであり、拡大側から順に(スクリーン側から順に)、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなり、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群とが光軸に沿って移動し、前記第1レンズ群と前記第4レンズ群とが固定(静止)する構成としている。このような構成の下、長いバックフォーカスを有しており、かつ広い画角に対して良好な性能を得るためには、以下の条件式(1)および条件式(2)を満足することが望ましい。なお、バックフォーカスに関しては、以下の式(a)を満足することが望ましい。
(a) Bf/fw > 2.0
但し、Bf:空気換算バックフォーカスである。
【0014】
条件式(1)は第1レンズ群の焦点距離(すなわち屈折力の逆数)の適正な範囲を規定している。長いバックフォーカスと広い画角を得るためには、いわゆるレトロフォーカス型のレンズ構成にすることが望ましい。しかし、レトロフォーカス型の構成は歪曲収差を生じ易く、その影響は画角が広くなるに従い大きくなる。条件式(1)の下限を超えると第1レンズ群の屈折力が弱くなり過ぎ、長いバックフォーカスと広い画角を得ることが困難になり不適当である。
【0015】
逆に、条件式(1)の上限を超えると第1レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、歪曲収差をはじめとする軸外諸収差の補正が困難になり不適当である。なお、歪曲収差の補正には第1レンズ群の最も拡大側のレンズを正レンズとすることが効果的である。
【0016】
条件式(2)は第2レンズ群の焦点距離の適正な範囲を規定している。条件式(2)の下限を超えると第2レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、球面収差のズーミングによる変動の補正が困難になり不適当である。逆に、条件式(2)の上限を超えると第2レンズ群の屈折力が弱くなり過ぎ、変倍のための第2レンズ群の移動量が増大し、レンズ全系の小型化が困難になり不適当である。
【0017】
さて、バックフォーカスを長くするためには、さらに第4レンズ群の後側主点から像点(空間光変調素子、例えば液晶表示デバイスの液晶面の位置)までの距離を大きくする必要がある。第4レンズ群の後側主点から像点までの距離S4’は、第4レンズ群の担う倍率β4と第4レンズ群の焦点距離f4に関連しており、以下の式(b)で表される。
(b) S4’=(1−β4)×f4
従って、本発明のズームレンズでは、第4レンズ群の担う倍率の好適な範囲および第4レンズ群の焦点距離の好適な範囲を上記条件式(3)および(4)で規定している。バックフォーカスの長さに関しては、上記式(b)から判るように、条件式(3)の下限あるいは条件式(4)の上限を超えると、バックフォーカスを長くできなくなり好ましくない。また、条件式(3)の下限を超えると第4レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、第4レンズ群で発生する収差、特に画面周辺部での軸外諸収差の補正が困難となり好ましくない。
【0018】
逆に、条件式(3)の上限を超えると第4レンズ群の焦点距離が長くなり過ぎ、レンズ全系の小型化と画角を広くすることが困難になるため好ましくない。また、条件式(4)の下限を超えると、第4レンズ群で発生する収差の補正が困難となるため好ましくない。
【0019】
また、フォーカシングに際しては、第1レンズ群を移動することが好ましい。第1レンズ群を移動することにより、同一距離の物体(スクリーン)に対するフォーカシング移動量がズームポジションに依らず一定にでき、物体(スクリーン)距離によりズーム軌道が変わること等を防止することができる。
【0020】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明にかかるズームレンズの数値実施例を説明する。ここで、図1、図4、図7および図10は、それぞれ第1乃至第4実施例のズームレンズの広角端状態におけるレンズ配置図である。
【0021】
各実施例ともに、例えば図1に示すように、拡大側(図中左側)から負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなるズームレンズであり、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、第1レンズ群G1と第4レンズ群G4とは固定(静止)し、第2レンズ群G2が拡大側へ、また第3レンズ群が縮小側へ移動する。また、無限遠物体(無限遠スクリーン)から至近距離物体(至近距離スクリーン)へのフォーカシングに際しては、第1レンズ群G1を拡大側へ移動する。
【0022】
(第1実施例)
図1に示す第1実施例のズームレンズにおいて、第1レンズ群G1は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、2枚の拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズの4群5枚からなる。第2レンズ群G2は、拡大側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズ、両凸レンズ、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズの4群5枚からなる。第3レンズ群G3は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズの2群3枚からなる。第4レンズ群G4は、両凹レンズ、両凸レンズ、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズ、両凸レンズの4群5枚からなる構成を有する。
【0023】
この構成により、明るい光学系と本発明の実施例中最も広い画角を実現している。表1に本実施例の諸元値を掲げる。
【0024】
【表1】
Figure 0004672827
Figure 0004672827
Figure 0004672827
図2、図3は本実施例においてd0=5700mmのときの広角端状態における諸収差
図および望遠端状態における諸収差図をそれぞれ示している。各収差図において、NAは開口数、Yは像高、dはd線およびgはg線(λ=435.8nm)をそれぞれ表している。また、非点収差図における実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面をそれぞれ表している。なお、以下全ての実施例の諸収差図において本実施例と同様の符号を用いる。また、本実施例も含めて全ての実施例の諸収差図は、PBS等の平行平板が光学系に存在するときの収差を示している。収差図から明らかなように、本実施例は優れた性能を有し、かつ充分な周辺光量を有していることがわかる。また、諸元値表から明らかなように、広い画角と長いバックフォーカスを有していることがわかる。
【0025】
(第2実施例)
図4に示す第2実施例のズームレンズにおいて、第1レンズ群G1は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、2枚の拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズの4群5枚からなる。第2レンズ群G2は、拡大側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズの4群5枚からなる。第3レンズ群G3は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズの2群3枚からなる。第4レンズ群G4は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合正レンズ、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズの4群5枚からなる構成を有する。
【0026】
本実施例では、第2レンズ群G2の屈折力を強くすることにより、上記第1実施例に比べズーム比を拡大するとともに全長を短くしさらなる小型化を実現している。明るい光学系と本発明の実施例中最も広い画角を実現している。表2に本実施例の諸元値を掲げる。
【0027】
【表2】
Figure 0004672827
Figure 0004672827
Figure 0004672827
図5、図6は本実施例においてd0=6000mmのときの広角端状態における諸収差図および望遠端状態における諸収差図をそれぞれ示している。収差図から明らかなように、本実施例は優れた性能を有し、かつ充分な周辺光量を有していることがわかる。また、諸元値表から明らかなように、広い画角と長いバックフォーカスを有していることがわかる。
【0028】
(第3実施例)
図7は、第3実施例にかかるズームレンズのレンズ構成と移動軌跡を示す図である。第1レンズ群G1は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、2枚の拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズとの4群5枚からなる。第2レンズ群G2は、両凹レンズと、2枚の両凸レンズと、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズとの4群5枚からなる。第3レンズ群G3は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズとの2群3枚からなる。そして、第4レンズ群G4は、両凹レンズと、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズと、両凸レンズとの4群5枚からなる構成を有する。
【0029】
本実施例では、第2レンズ群G2の屈折力を強くすることにより、各実施例の中で最も大きいズーム比を有している。
【0030】
表3に本実施例の諸元値を掲げる。
【0031】
【表3】
Figure 0004672827
Figure 0004672827
Figure 0004672827
図8、図9は本実施例においてd0=5800mmのときの広角端状態における諸収差図および望遠端状態における諸収差図をそれぞれ示している。収差図から明らかなように、本実施例は優れた性能を有し、かつ充分な周辺光量を有していることがわかる。また、諸元値表から明らかなように、広い画角と長いバックフォーカスを有していることがわかる。
【0032】
(第4実施例)
図10は、第4実施例にかかるズームレンズのレンズ構成と移動軌跡を示す図である。第1レンズ群G1は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、2枚の拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズの4群5枚からなる。第2レンズ群G2は、両凸レンズと、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズとの3群4枚からなる。第3レンズ群G3は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズと拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズとの2群3枚からなる。そして、第4レンズ群G4は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合正レンズと、両凸レンズとの4群5枚からなる構成を有する。
【0033】
本実施例では、広角端状態の画角は狭くなっているが、上記各実施例に比較してレンズが1枚少ない構成を実現している。
【0034】
表4に本実施例の諸元値を掲げる。
【0035】
【表4】
Figure 0004672827
Figure 0004672827
Figure 0004672827
図11、図12は本実施例においてd0=6000mmのときの広角端状態における諸収差図および望遠端状態における諸収差図をそれぞれ示している。収差図から明らかなように、本実施例は優れた性能を有し、かつ充分な周辺光量を有していることがわかる。また、諸元値表から明らかなように、広い画角と長いバックフォーカスを有していることがわかる。
【0036】
(第5実施例)
図13は、第5実施例にかかる投射型表示装置の概略構成を示す図である。本実施例は、上記第1実施例又は第2実施例にかかるズームレンズ(投影光学系)に好適な投射型表示装置である。
【0037】
ランプ1aと放物面鏡の凹面鏡1bとで構成される光源1から射出された略平行光束は紫外光及び赤外光カットフィルターFを透過して偏光ビームスプリッタ2に入射し、S偏光とP偏光とに偏光分離される。ここで、放物面鏡を使用しない光源では、射出光源光は平行光束とならないために整形光学系を用いて略平行光束に変換することが望ましい。また、光源光束の入射する偏光ビームスプリッタ2は同一形状を有する直角2等辺三角柱プリズム2Aとプリズム2Bとから構成されている。プリズム2Bの底面には偏光分離膜が形成されている。プリズム2Aとプリズム2Bとは、プリズム2Bの膜面とプリズム2Aの底面とを光学用の接着剤により接着して固着一体化されている。本実施例にかかる投射型表示装置では、S偏光は廃棄して使用せず、P偏光を使用する構成としている。
【0038】
偏光ビームスプリッタ2を射出したP偏光は、第1のプリズム3と第2のプリズム4と第3のプリズム5とから構成される色分解合成複合プリズムに入射する。プリズム3の面3b(第2面)には青色光(以下「B光」という)を反射し、赤色光(以下「R光」という)と緑色光(以下「G光」という)とを透過させるB光反射ダイクロイック膜が形成されている。また、プリズム3の面3bとプリズム4の面4a(第1面)間には空隙が形成されている。
【0039】
プリズム4の4b面(第2面)とプリズム5の5a面(第1面)とは、面4b上に形成したR光反射ダイクロイック膜と面5aとが光学用の接着剤にて接着され、固着一体化される。
【0040】
次に、偏光ビームスプリッタ2を構成するプリズム2A,2Bと、複合プリズムを構成するプリズム3,4及び5に使用するガラス材料について説明する。偏光ビームスプリッタには、光弾性係数の絶対値が小さい材料を用いることが好ましい。また、その材料は通常1.8程度の屈折率を有するものである。特に、本実施例では、ビームスプリッタ2及びプリズム3,4及び5を構成する硝材の光弾性常数の絶対値が、該ビームスプリッタ等の内部を進行する光の波長において1.5×10-8cm2/N以内であることが好ましい。かかる特性の硝材を用いることで、プリズム内部に発生する応力による複屈折量を極力抑えることができるので、プリズム中を進行する直線偏光の偏光状態を変化させることがない。
【0041】
偏光ビームスプリッタ2によって偏光分離されてプリズム3に面3a(第1面)側から入射したP偏光は、そのまま進行して面3b(第2面)に形成されたB光反射ダイクロイック膜によって反射されるB光と、そのまま進行してプリズム4へ面4a(第1面)から入射するR光及びG光とに色分解される。B光はそのまま進行して面3a面(第1面)にて全反射され、さらに進行して面3c(第3面)から射出され、射出面近傍に配置されたB光用反射型液晶ライトバルブ6Bに入射する。
【0042】
一方、プリズム4中に進行したR光及びG光は、そのまま進行してプリズム4の面4b(第2面)とプリズム5の面5a(第1面)との接合面に到達する。面4bはR光反射ダイクロイック膜を有しており、面4bと面5aとは接合面全体にわたって接着剤層を介して接合されプリズム4とプリズム5とが一体化されている。そして、R反射ダイクロイック膜によって反射されるR光と、そのまま進行するG光とに色分解される。G光はそのままプリズム5中を進行して所定の射出面5bから射出され、射出面近傍に配置されたG光用反射型液晶ライトバルブ6Gに入射される。なお、本実施例においてプリズム5は4角柱プリズム形状であるが、これに限られず三角プリズムでも良い。プリズム5が三角プリズムの場合は、G光はプリズム中をそのまま真っ直ぐ進行して射出面から射出されるのでなく、一度、三角柱の斜面にて全反射した後所定の射出面から射出される構成となる。
【0043】
R光反射ダイクロイック膜によって反射されたR光はそのままプリズム4中を進行し、プリズム4の面4a(第1面)に入射し、ここで全反射作用を受けプリズム4中をさらに進行し、射出面4c(第3面)より射出され、射出面4c近傍に配置されたR光用反射型ライトバルブ6Rに入射される。
【0044】
ここで、反射型液晶ライトバルブ6R,6G,6Bについて説明する。本実施例において使用する反射型液晶ライトバルブ6R,6G,6Bは電気書き込み式反射型ライトバルブであって、各色の色信号に基づいて各ライトバルブに入射する直線偏光(P偏光)のうちの所定箇所に対応する画素に相当する液晶層の液晶分子の配列を変えることによって複屈折層を形成している。そして、前記入射光の振動方向を変えて、結果として入射したP偏光をS偏光に変換(変調)して反射射出させる機能を有するのもである。かかる機能を有することから、ライトバルブ射出光は変調光としてのS偏光と、選択されなかった箇所に相当する非変調光たるP偏光の混合光が混在していることになる。電気書き込み式ライトバルブの場合、各画素にそれぞれ対応してスイッチング用TFTを有し、前記色信号によってTFTをスイッチングさせて液晶層に電界を与え、前記機能を与えるものである。
【0045】
なお、他方式のライトバルブとして光書き込み式反射型ライトバルブが知られているが、書き込み光学系を別途必要とすることから投射型表示装置全体が大型化してしまう。このため、装置の大きさの観点からみると小型化を図ることができる電気書き込み式ライトバルブの方が有利である。各色光用のライトバルブ6R,6G,6Bを反射・射出した変調光と非変調光との混合光は、各色それぞれ入射光軸と逆行して進行し、色分解合成複合プリズム中を進行して、各ダイクロイック膜によって色合成が行われ、プリズム3の面3a(第1面)から色合成光として射出される。なお、入射光軸と逆行して進行する場合に、複合プリズム中において、R光はプリズム4の面4a(第1面)にて、B光はプリズム3の面3a(第1面)にてそれぞれ一回づつ全反射作用を受けることはいうまでもない。
【0046】
そして、色分解合成複合プリズムを射出した合成光は偏光ビームスプリッタ2にプリズム2B側から入射され、偏光分離部によって変調光(S偏光)を反射、非変調光(P偏光)を透過させて分離、即ち検光される。このうちの変調光(検光光)は投射レンズ9に入射され、フルカラー像としてスクリーン10上に投射される。
【0047】
(第6実施例)
図14は、第6実施例にかかる投射型表示装置の概略構成を示す図である。本実施例は、上記第3実施例又は第4実施例にかかるズームレンズ(投影光学系)に好適な投射型表示装置である。
【0048】
ランプ1aと放物面鏡の凹面鏡1bとで構成される光源1から射出された略平行光束は紫外光及び赤外光カットフィルターFを透過する。ここで、放物面鏡を使用しない光源では、射出光源光は平行光束とならないために整形光学系を用いて略平行光束に変換することが望ましい。
【0049】
光源1からの光は、B光反射のダイクロイックミラー50とR光及びG光反射のダイクロイックミラー60とがX型に配置されたクロスダイクロイックミラーに入射される。当該ミラーによって互いに反対方向で、入射方向に対して直角な方向に、B光、R光及びG光の混合光を当該クロスダイクロイックミラーから射出する。色分離されたB光は折り曲げミラー80によって光軸の方向を直角に変えて進行し、B光用偏光ビームスプリッタ(PBS)11Bに入射される。R光、G光混合光は折り曲げミラー70によって光軸を直角に変えて進行し、前記ダイクロイックミラー50と平行に配置されたG光用反射ダイクロイックミラー90に入射し、R光を入射軸と同じ方向に透過進行させてPBS11Rに入射させる。ダイクロイックミラー90を反射したG光はPBS11Gに入射させる。
【0050】
以上の構成により、光源光はダイクロイックミラー50,60からなるクロスダイクロイックミラーとダイクロイックミラー90から構成される三色分解光学系によってR光,G光,B光に分解され、各色光ごとに配置されたR,G,B各色用のPBS11R,11G,11Bに入射される。各色用PBSに入射した各色光は当該PBSの偏光分離膜によって偏光分離され、その内の反射されたS偏光のみ各色用反射型ライトバルブ12R,12G,12Bに入射される。なお、透過したP偏光は各色光とも廃棄される。本実施例においては、光源からクロスダイクロイックミラー60及びダイクロイックミラー90を経由して各色光用ライトバルブまでの光路長は各色光においてすべて同じである。また、本実施例で採用した電気書込み反射型ライトバルブは、上記第4実施例と同様の構成であるので、その説明は省略する。
【0051】
各色光用ライトバルブ12R,12G,12Bを射出した各色信号によって受けた変調光を含む光は、再度各色光用PBS11R,11G,11Bに入射され各色光用PBSの偏光分離膜にて変調光のみを検光され、当該光のみ透過して進行し、色合成光学系を形成するダイクロイックプリズム13に入射される。ダイクロイックプリズム13は4個の直角二等辺三角柱プリズムの側面にR光反射ダイクロイック膜13R又はB光反射ダイクロイック膜13Bを形成して貼り合わせ、各ダイクロイック膜がX型に配置されたように形成したプリズムである。図に示すようにR光用PBS11Rを射出したR光検光光は当該ダイクロイックプリズムのR光反射ダイクロイック膜13Rに反射されて光軸を直角に変えて進行し、プリズムを射出する。同様にPBS11Bを射出したB光検光光は当該ダイクロイックプリズム13のB光反射ダイクロイック膜13Bによって、反射、光軸を直角に変えて、プリズムを射出する。G光用PBSを射出したG光検光光はダイクロイックプリズム13に入射して、ダイクロイック膜13B及び13Rを透過してそのままの光軸で進行、射出する。以上の構成により、ダイクロイックプリズム13にて三色合成が達成され、投射レンズ14に入射する合成光はスクリーン上に投射される。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶プロジェクターの投射レンズに好適な長いバックフォーカスと広い画角を有したズームレンズ及び該レンズを備える投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の広角端状態におけるレンズ配置を示す図である。
【図2】第1実施例のd0=5700mmのときの広角端状態における諸収差を示す図である。
【図3】第1実施例のd0=5700mmのときの望遠端状態における諸収差を示す図である。
【図4】第2実施例の広角端状態におけるレンズ配置を示す図である。
【図5】第2実施例のd0=6000mmのときの広角端状態における諸収差を示す図である。
【図6】第2実施例のd0=6000mmのときの望遠端状態における諸収差を示す図である。
【図7】第3実施例の広角端状態におけるレンズ配置を示す図である。
【図8】第3実施例のd0=5800mmのときの広角端状態における諸収差を示す図である。
【図9】第3実施例のd0=5800mmのときの望遠端状態における諸収差を示す図である。
【図10】第4実施例の広角端状態におけるレンズ配置を示す図である。
【図11】第4実施例のd0=6000mmのときの広角端状態における諸収差を示す図である。
【図12】第4実施例のd0=6000mmのときの望遠端状態における諸収差を示す図である。
【図13】第5実施例にかかる投射型表示装置の概略構成を示す図である。
【図14】第6実施例にかかる投射型表示装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
1 光源
2 偏光ビームスプリッタ
3,4,5 プリズム
6R,6G,6B 反射型ライトバルブ
9 投射レンズ
10 スクリーン
F フィルタ
50 B光反射ダイクロイックミラー
60 G光,R光反射ダイクロイックミラー
70,80 折り曲げミラー
90 G光反射ダイクロイックミラー
11R,11G,11B PBS
12R,12G,12B 反射型ライトバルブ
13 クロスダイクロイックプリズム
14 投射レンズ系

Claims (6)

  1. 拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなり、
    広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群とが光軸に沿って移動し、前記第1レンズ群と前記第4レンズ群とが固定しているズームレンズにおいて、
    以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
    (1) −2.5 < f1/fw ≦ −1.857
    (2) 2.043 ≦ f2/fw < 2.6
    (4) −0.7 < β4 < −0.3
    但し、fw:広角端状態における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
    f1:前記第1レンズ群の焦点距離、
    f2:前記第2レンズ群の焦点距離、
    β4:前記第4レンズ群の担う倍率である。
    である。
  2. さらに、以下の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
    (3) 1.4 < f4/fw < 2.8
    但し、f4:前記第4レンズ群の焦点距離である。
  3. フォーカシングに際して前記第1レンズ群を移動することを特徴とする請求項1または2に記載のズームレンズ。
  4. 光源からの光に対して所定の振動方向の直線偏光変換及び色分解を行うことにより、第1色の偏光と第2色の偏光と第3色の偏光とを出射する偏光色分解光学系と、
    前記第1色の偏光の振動方向を、変調して反射する第1反射型ライトバルブと、
    前記第2色の偏光の振動方向を、変調して反射する第2反射型ライトバルブと、
    前記第3色の偏光の振動方向を、変調して反射する第3反射型ライトバルブと、
    前記第1反射型ライトバルブから出射される第1色の変調光と、前記第2反射型ライトバルブから出射される第2色の変調光と、前記第3反射型ライトバルブから出射される第3色の変調光との検光及び色合成を行う検光色合成光学系と、
    前記検光色合成光学系から出射された光を投影する投影光学系とを有する投射型表示装置において、
    前記投影光学系は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなり、
    広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群とが光軸に沿って移動し、前記第1レンズ群と前記第4レンズ群とが固定され、以下の条件を満足することを特徴とする投射型表示装置
    (1) −2.5 < f1/fw ≦ −1.857
    (2) 2.043 ≦ f2/fw < 2.6
    (4) −0.7 < β4 < −0.3
    但し、fw:広角端状態における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
    f1:前記第1レンズ群の焦点距離、
    f2:前記第2レンズ群の焦点距離、
    β4:前記第4レンズ群の担う倍率である。
  5. さらに、以下の条件を満足することを特徴とする請求項4に記載の投射型表示装置。
    (3) 1.4 < f4/fw < 2.8
    但し、f4:前記第4レンズ群の焦点距離である。
  6. フォーカシングに際して前記第1レンズ群を移動することを特徴とする請求項4または5に記載の投射型表示装置。
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