JPH08248309A

JPH08248309A - 投写レンズおよび投写型表示装置

Info

Publication number: JPH08248309A
Application number: JP7319415A
Authority: JP
Inventors: Shinya Mito; 真也三戸; Yoshito Miyatake; 義人宮武
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】バックフォーカスが長く、色合成光学系及び
偏光ビームスプリッタを配置する空間を有し、歪曲収差
が小さく、かつ十分な解像度を有する投写レンズ、及び
この投写レンズを用いた高画質でコンパクトな投写型表
示装置を提供する。【解決手段】スクリーン側から順に、負パワーの第１
レンズ群と、第１レンズ群のパワーよりも弱いパワーの
第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群と、正パワー
の第４レンズ群と、少なくとも１つの透明プリズムと、
を備えた投写レンズであって、第１〜３レンズ群は主レ
ンズ群を構成し、第４レンズ群は補助レンズを構成す
る。第４レンズ群は、透明プリズムの第３レンズ群側の
面に近接または接して配置される。投写型表示装置は、
１つの主レンズ群、３つの補助レンズ、３つの偏光ビー
ムスプリッタ、及び主レンズ群と補助レンズとの間に配
置された色合成光学系を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ライトバルブ上に
形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レ
ンズ、およびこの投写レンズを用いた投写型表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】大画面映像を得る方法として、ライトバ
ルブに映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に
光を照射し投写レンズによりスクリーン上に拡大投写す
る方法が従来よりよく知られている。最近では、ライト
バルブとして液晶パネルを用いる投写型表示装置が注目
されている。

【０００３】また、投写画像の高解像度化を図るため
に、液晶パネルの画素開口率を低下させることなく画素
数の大容量化が可能な反射型のライトバルブを用いる方
法を、Byung S. Hongらが米国特許4,191,456号で提案し
ている。反射型ライトバルブの場合、画素電極の間にス
イッチング素子を配置する必要がないので、画素ピッチ
を小さくでき、高密度化が容易である。従って、反射型
ライトバルブは、透過型に比べて、明るく、かつ高解像
度の投写画像が得られる。

【０００４】反射型ライトバルブ１００の基本構成例及
びその動作原理を、図１を参照して以下に説明する。反
射型ライトバルブ１００は、２つのガラス基板１及び
７、ガラス基板１及び７上に各々形成された透明電極２
及び６、及び透明電極２及び６の間に挟持された「光導
電層３、光反射層４、及び光変調層としての液晶層５」
を有している。２つの透明電極２及び６の間には電圧が
印加されている。

【０００５】画像源からの書き込み光８は、ガラス基板
１側から光導電層３に入射する。一方、読み出し光９は
ガラス基板７側から液晶層５に入射する。液晶層５に印
加される電圧は、光導電層３上に形成された書き込み画
像に応じて変化し、そのことにより、読み出し光９が変
調される。変調された読み出し光９は、光反射層４によ
って反射された後、投写画像としてスクリーン（図示せ
ず）上に投写される。なお、光変調層の材料としては、
強誘電性液晶や、ネマティック液晶などを用いることが
できる。

【０００６】図２は、反射型ライトバルブ１００を用い
た投写型表示装置２００の基本構成例を示している。投
写型表示装置２００において、光源１１から出射する平
行光線に近い光１２は、偏光ビームスプリッタ１３によ
って、偏光ビームスプリッタ１３を反射するＳ偏光成分
１４と透過するＰ偏光成分１５とに分離される。Ｓ偏光
成分１４は読み出し光として反射型ライトバルブ１００
に入射する。反射型ライトバルブ１００は、液晶の複屈
折性を利用して読み出し光を変調する。

【０００７】ＣＲＴなどの画像源１７からの書き込み光
１６は、書き込みレンズ１８によって反射型ライトバル
ブ１００の光導電層上に書き込み画像として結像され
る。この書き込み画像に応じた印加電圧によって液晶層
の複屈折性が変化し、所定の偏光方向を有する直線偏光
が読み出し光として入射したときに、反射光は楕円偏光
となる。従って、読み出し光として入射するＳ偏光成分
１４は、反射型ライトバルブ１００によってその一部が
Ｐ偏光成分に変換されて反射され、再び偏光ビームスプ
リッタ１３に入射する。反射光に含まれるＰ偏光成分は
偏光ビームスプリッタ１３を透過して投写レンズ１９に
入射する。反射光に含まれるＳ偏光成分は偏光ビームス
プリッタ１３によって反射されて光源１１の方に進む。
このようにして、反射型ライトバルブ１００の液晶層に
複屈折性の変化として形成された光学像は、投写レンズ
１９によりスクリーン（図示せず）上に拡大投写され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】フルカラーで、高輝
度、高解像度の投写画像を得るためには、赤用、緑用、
青用として３つの反射型ライトバルブを用いるとよい。
図３（ａ）〜３（ｃ）は、３つの反射型ライトバルブ２
１ａ、２１ｂ、及び２１ｃを用いた場合の、反射型ライ
トバルブから投写レンズまでの従来の基本的な３つの構
成例を示している。図３（ａ）は、赤用、緑用、及び青
用として、それぞれ３つの投写レンズ２３ａ〜２３ｃ及
び偏光ビームスプリッタ２２ａ〜２２ｃを用いた場合の
構成２１０を示している。構成２１０においては、反射
型ライトバルブ２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃと、投写レ
ンズ２３ａ、２３ｂ、及び２３ｃと間の空間には、偏光
ビームスプリッタ２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃ以外の光
学要素が介在しないため、コントラスト、明るさなどの
基本的な光学性能に及ぼす悪影響が少ない。さらに、投
写レンズ２３ａ、２３ｂ、及び２３ｃのバックフォーカ
スが比較的短いため、投写レンズの設計に有利である。
しかし、投写レンズを３つ用いることによって発生す
る、スクリーン上のカラーシェーディングや、コンバー
ジェンス調整の複雑さ、コスト高などの問題点は避けら
れない。

【０００９】次に、図３（ｂ）は、１つの投写レンズ２
７及び１つの偏光ビームスプリッタ２６を用いた場合の
構成２２０を示している。図３（ｂ）に示されるよう
に、実質的に１つの投写レンズ２７を用いる場合、投写
レンズ２７とライトバルブ２１ａから２１ｃとの間に、
偏光ビームスプリッタ２６だけでなく、更に、ライトバ
ルブからの出力光を１つに合成する色合成光学系（ダイ
クロイックミラー２４及び２５）が配置される。偏光ビ
ームスプリッタ２６には白色光が入射する。この白色光
は、偏光ビームスプリッタ２６を出射した後に２つのダ
イクロイックミラー２４及び２５によって、赤、緑、及
び青の３色光に分解され、各々対応する反射型ライトバ
ルブ２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃに入射する。構成２２
０においては、投写レンズ２７及び偏光ビームスプリッ
タ２６とも１つであるため、上述の構成２１０における
問題点は解消されて、部品点数が少なくコンパクトに投
写型表示装置を構成できる。

【００１０】しかし、ダイクロイックミラー２４及び２
５は、一般に、誘電体多層膜を利用しており、入射光の
位相を変化させる作用を有する。従って、構成２２０に
おいては、偏光ビームスプリッタ２６と反射型ライトバ
ルブ２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃとの間を進行する光の
偏光状態が、これらの間に配置されるダイクロイックミ
ラー２４及び２５によって理想的な状態から僅かに変調
されるため、投写画像のコントラスト性能が劣化すると
いう問題点が発生する。

【００１１】図３（ｃ）は、１つの投写レンズ２８及び
３つの偏光ビームスプリッタ２２ａ〜２２ｃを用いた場
合の構成２３０を示している。反射型ライトバルブ２１
ａ〜２１ｃと投写レンズ２８との間に、偏光ビームスプ
リッタ２２ａ〜２２ｃとダイクロイックミラー２４及び
２５とが配置されている点では構成２２０と同じである
が、ダイクロイックミラー２４及び２５は、反射型ライ
トバルブ２１ａ〜２１ｃと偏光ビームスプリッタ２２ａ
〜２２ｃとの間には介在していないため、構成２１０及
び２２０の問題を同時に解消できる。

【００１２】しかし、３つの反射型ライトバルブ２１ａ
〜２１ｃの各々の光書き込み側に、ＣＲＴなどの画像源
（図示せず）と、その画像を反射型ライトバルブ２１ａ
〜２１ｃに書き込むための光学系（図示せず）とが配置
されるため、構成２３０の配置では、システム全体とし
て無駄な空間が生じ、コンパクトに投写型表示装置を構
成することが困難である。

【００１３】構成２３０における上記問題を解決するた
めには、ライトバルブ２１ａ〜２１ｃの各光軸を平行に
する必要がある。そのためには、投写レンズ２８とライ
トバルブ２１ａ〜２１ｃとの間に、光の進行方向を変化
させる手段を設けることが考えられる。その場合、投写
レンズ２８からライトバルブ２１ａ〜２１ｃまでの間
に、偏光ビームスプリッタ２２ａ〜２２ｃとダイクロイ
ックミラー２４及び２５との他に、更に光の進行方向を
変化させる手段を設けるための空間が必要になり、投写
レンズのバックフォーカスは非常に長いことが要求され
る。

【００１４】ところで、バックフォーカスｆ_B が焦点距
離ｆより長い（即ち、焦点距離ｆに対するバックフォー
カスｆ_Bの比であるバックフォーカス比ｆ_B／ｆが大き
い）レンズ構成として、レトロフォーカス型の広角レン
ズが知られている（例えば、Jacob Moskovichによる米
国特許5,218,480号）。レトロフォーカス型のレンズ構
成においては、スクリーン側から順に、負パワーの前群
及び正パワーの後群が配置される。しかし、レトロフォ
ーカス型のレンズ構成においては、例えばバックフォー
カス比：ｆ_B ／ｆ≧４．０を実現するレンズ（半画角が
４０゜以上の広角レンズ）は、焦点距離ｆが小さいた
め、２枚のダイクロイックミラーと偏光ビームスプリッ
タ、及び光の進行方向を変化させる平面ミラーなどの光
学素子を配置するのに必要は物理的空間を確保するだけ
のバックフォーカスｆ_Bを得ることは困難である。例え
ば、スクリーンの投射サイズ１００インチ、投写距離３
ｍの条件を満たすレンズの半画角は２０〜２５゜の範囲
内となる。この範囲内の画角でかつバックフォーカス
比：ｆ_B ／ｆ≧４．０を満たすレンズは、写真レンズに
は例がなく、他の分野のレンズにおいても例がない。

【００１５】この問題に対して、ダイクロイックミラー
２４及び２５などの光学系を配置する空間を全てガラス
または液体で満たしたプリズムにすれば、空気換算した
光路長が短くなるため、投写レンズの設計には多少有利
となる。しかし、プリズムの体積が非常に大きくなるの
で、ガラスプリズムの場合は飛躍的なコスト高となる。
また、液体プリズムの場合、コスト面では問題ないが、
屈折率の温度依存性が大きいため、長い光路長を液体が
占めるほど結像性能に悪影響を及ぼす結果となる。

【００１６】さらに、バックフォーカス距離内に配置さ
れる偏光ビームスプリッタは、誘電体多層膜を利用した
タイプのものが一般的である。このタイプの偏光ビーム
スプリッタは、入射光の入射角に依存して光学性能が変
化し、この入射角依存性が投写画像のコントラストを劣
化させる要因となる。従って、画面全体のコントラスト
を良好にするためには、偏光ビームスプリッタ中を通過
する主光線が光軸と平行であること、つまりテレセント
リックであることが必要となる。

【００１７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、（１）バックフォー
カスが十分に長く、実質的なバックフォーカス比が４．
０以上と非常に大きく、ライトバルブ側でテレセントリ
ックであり、歪曲収差が小さく、かつ十分な解像度を有
する投写レンズを提供し、（２）この投写レンズを用い
ることにより、色合成光学系及び偏光ビームスプリッタ
を配置できる十分な空間を実現し、大画面、かつ高画質
の投写画像を表示するコンパクトな投写型表示装置を提
供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明による投写レンズ
は、スクリーン側から順に、負パワーの第１レンズ群
と、該第１レンズ群のパワーよりも弱いパワーの第２レ
ンズ群と、正パワーの第３レンズ群と、正パワーの第４
レンズ群と、少なくとも１つの透明プリズムと、を備え
ており、該第４レンズ群は、該透明プリズムの該第３レ
ンズ群側の面に近接または接して配置されており、その
ことにより上記目的が達成される。

【００１９】上記投写レンズは、好ましくは、以下の条
件を満足する：

【００２０】

【数１４】

【００２１】

【数１５】

【００２２】

【数１６】

【００２３】

【数１７】

【００２４】ただし、ｆは全系の合成焦点距離、ｆ_Ｇ１
は第１レンズ群の合成焦点距離、ｆ_G2は第２レンズ群の
合成焦点距離、ｆ_G4は第４レンズ群の合成焦点距離、ｄ
_G2は前記第２レンズ群と第３レンズ群との間の空気間
隔、ｄ_G3は前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間
の空気間隔である。

【００２５】１つの実施の形態において、前記第１レン
ズ群は、前記スクリーン側から順に、凸面を該スクリー
ン側に向けた負メニスカスレンズと、凹面を該スクリー
ンの反対側に向けた負レンズとを有している。

【００２６】１つの実施の形態において、前記第２レン
ズ群は、正レンズと負レンズとを有し、該負レンズのア
ッベ数よりも該正レンズのアッベ数が小さい。

【００２７】１つの実施の形態において、前記第２レン
ズ群は、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズで
あり、該負レンズのアッベ数よりも該正レンズのアッベ
数が小さい。

【００２８】前記第３レンズ群が接合レンズを含んでい
てもよい。

【００２９】前記第３レンズ群は、前記スクリーン側か
ら順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、及び正レンズ
を有していてもよい。

【００３０】前記第４レンズ群は、前記スクリーン側に
向いた凸面を有する平凸レンズであってもよい。

【００３１】前記平凸レンズの前記凸面は非球面であっ
てもよい。

【００３２】前記第４レンズ群は、前記スクリーン側に
向いた凸面と、前記透明プリズムに接合された平面と、
を有する平凸レンズであってもよい。

【００３３】１つの実施の形態において、前記第３レン
ズ群及び前記第４レンズ群の位置を固定し、前記第１レ
ンズ群及び前記第２レンズ群を光軸方向に移動すること
によってフォーカスが調整される。

【００３４】前記透明プリズム中の主光線は、好ましく
は、前記第４レンズ群の光軸と略平行である。

【００３５】１つの実施の形態において、上記投写レン
ズは、以下の条件を満足する：

【００３６】

【数１８】

【００３７】ただし、ｆは全系の合成焦点距離、ｄ_G3は
第３レンズ群と第４レンズ群との間の空気間隔、ｄ_Pは
透明プリズムの光軸方向の空気換算光路長である。

【００３８】前記透明プリズムは、偏光分離面を備えた
偏光ビームスプリッタであってもよい。

【００３９】１つの実施の形態において、前記第２レン
ズ群と前記第３レンズ群との間の空間には１つの平面ミ
ラーが配置されている。

【００４０】本発明による投写レンズは、スクリーン側
から順に、負パワーの第１レンズ群、該第１レンズ群の
パワーよりも弱いパワーの第２レンズ群、及び正パワー
の第３レンズ群を有する主レンズ群と、同一の特性を有
する正パワーの３つの補助レンズと、３つの偏光ビーム
スプリッタであって、該３つの補助レンズが該第３レン
ズ群側の面にそれぞれ近接して配置または接合された透
明プリズムである、偏光ビームスプリッタと、２つのダ
イクロイックミラーと、１つまたは２つの平面ミラー
と、を備えている。該３つの偏光ビームスプリッタから
出射する光は、それぞれ対応する該３つの補助レンズに
入射し、該３つ補助レンズから出射する光は、該１つま
たは２つの平面ミラーと該２つのダイクロイックミラー
とによって１つに合成されて該主レンズ群に入射し、該
主レンズ群から該３つの補助レンズまでの３つの系がそ
れぞれ所定の結像特性を有しており、そのことにより上
記目的が達成される。

【００４１】前記投写レンズは、好ましくは、上記の式
（１）〜（４）のの条件を満足する。ただし、式（４）
において、ｆ_G4は前記補助レンズの合成焦点距離であ
り、ｄ_G3は該第３レンズ群と該補助レンズとの間の空気
間隔である。

【００４２】１つの実施の形態において、前記主レンズ
群、前記３つの補助レンズ、前記３つの偏光ビームスプ
リッタ、前記２つのダイクロイックミラー、及び前記１
つまたは２つの平面ミラーは、１つの筐体に収納され
る。

【００４３】好ましくは、前記２つのダイクロイックミ
ラーの各反射面と、前記１つまたは２つの平面ミラーの
各反射面とは互いに平行である。

【００４４】前記３つの補助レンズの各光軸は同一平面
上にあってもよい。

【００４５】前記３つの補助レンズの各光軸は互いに平
行であってもよい。

【００４６】前記３つの偏光ビームスプリッタの偏光分
離面が互いに平行であってもよい。好ましくは、前記３
つの偏光ビームスプリッタに入射する光はいずれもＳ偏
光である。

【００４７】１つの実施の形態において、前記偏光ビー
ムスプリッタは、枠体と、入射窓または出射窓となる複
数の透明基板と、該枠体と該複数の透明基板とを含んで
構成される容器中に充填された透明液体と、該透明液体
中に配置された偏光分離面と、を有しており、該偏光分
離面は、透明板上に誘電体多層膜が積層されて形成され
ている。

【００４８】好ましくは、前記透明液体の主成分はエチ
レングリコールである。

【００４９】本発明による投写型表示装置は、３原色の
色成分を含む読み出し光を放射する光源と、該光源の放
射光を３つの原色光に分解する色分解手段と、３つの反
射型ライトバルブと、スクリーン側から順に、負パワー
の第１レンズ群、該第１レンズ群のパワーよりも弱いパ
ワーの第２レンズ群、及び正パワーの第３レンズ群を有
する主レンズ群と、同一の特性を有する正パワーの３つ
の補助レンズと、３つの偏光ビームスプリッタであっ
て、該３つの補助レンズが該第３レンズ群側の面にそれ
ぞれ近接して配置または接合された透明プリズムであ
る、偏光ビームスプリッタと、２つのダイクロイックミ
ラーと、１つまたは２つの平面ミラーと、を有する投写
レンズと、該反射型ライトバルブの各々の上に光学像を
形成する３つの光書き込み手段と、を備えている。該色
分解手段から出力される該３つの原色光は、該投写レン
ズの該３つの偏光ビームスプリッタを介して対応する該
反射型ライトバルブに入射し、該反射型ライトバルブの
各々によって反射される光は、再び対応する該偏光ビー
ムスプリッタを経て対応する該補助レンズに入射し、該
３つ補助レンズから出射する光は、該１つまたは２つの
平面ミラーと該２つのダイクロイックミラーとによって
１つに合成されて該主レンズ群に入射し、このことによ
り、該光書き込み手段によって該反射型ライトバルブ上
に形成される光学像が該スクリーン上に投写され、この
ことにより上記目的が達成される。

【００５０】前記投写型表示装置の前記投写レンズは、
好ましくは、上記の式（１）〜（４）の条件を満足す
る。ただし、式（４）において、ｆ_G4は前記補助レンズ
の合成焦点距離であり、ｄ_G3は該第３レンズ群と該補助
レンズとの間の空気間隔である。

【００５１】１つの実施の形態において、前記投写型表
示装置は、前記光源から前記偏光ビームスプリッタまで
の間の光路中に配置された少なくとも１つの前置偏光子
であって、その出射光の照度が、前記反射型ライトバル
ブ上において略最大となるように配置された前置偏光子
を有する。

【００５２】もう１つの実施の形態において、前記投写
型表示装置は、前記色分解手段と前記偏光ビームスプリ
ッタとの間の光路中に配置された３つの前置偏光子であ
って、各前置偏光子の出射光の照度が、対応する該反射
型ライトバルブ上において略最大となるように配置され
た前置偏光子を有する。

【００５３】前記前置偏光子は、枠体と、入射窓および
出射窓となる２つの透明基板と、該枠体と該２つの透明
基板とを含んで構成される容器中に充填された透明液体
と、該透明液体中に配置され、透明板上に誘電体多層膜
を積層して形成された少なくとも１つの偏光分離面と、
該透明液体中に配置された少なくとも１つの平面ミラー
と、を有する透明プリズムである場合がある。

【００５４】前記透明液体の主成分は、好ましくは、エ
チレングリコールである。

【００５５】前記前置偏光子は２つの偏光分離面と２つ
の平面ミラーとを備えており、該偏光分離面と該平面ミ
ラーとは、前記光源から出射する光の光軸に対して対称
になるように配置されていてもよい。

【００５６】１つの実施の形態によれば、前記前置偏光
子において、前記偏光分離面は入射する光のうち所定の
偏光成分を反射し、前記平面ミラーは該反射された偏光
成分を反射し、該偏光分離面は、更に、該平面ミラーに
よって反射された偏光成分を反射し、そのことにより、
該反射された偏光成分は、該入射光の入射した側に進行
する。

【００５７】前記偏光ビームスプリッタは、枠体と、入
射窓または出射窓となる複数の透明基板と、該枠体と該
複数の透明基板とを含んで構成される容器中に充填され
た透明液体と、該透明液体中に配置された偏光分離面
と、を有しており、該偏光分離面は、透明板上に誘電体
多層膜が積層されて形成されている場合がある。

【００５８】好ましくは、前記透明液体の主成分はエチ
レングリコールである。

【００５９】前記前置偏光子と前記偏光ビームスプリッ
タとは、該前置偏光子から出射する直線偏光が該偏光ビ
ームスプリッタにＳ偏光として入射するように配置され
る場合がある。

【００６０】１つの実施の形態において、前記反射型ラ
イトバルブは、透明電極と、光導電層と、光反射層と、
光変調層とを備えており、該光変調層は、該光導電層に
書き込まれた画像の照度分布に応じて偏光特性が変化す
る。

【００６１】前記光変調層の材料は液晶であり、該光変
調層は入射する光の偏光状態を変調することにより光学
像を形成する場合がある。

【００６２】前記光書き込み手段は、画像形成手段と、
該画像形成手段上に形成された光学像を前記反射型ライ
トバルブ上に結像させる画像転写光学手段と、を備えて
いてもよい。

【００６３】前記３つの補助レンズ、前記３つの反射型
ライトバルブ、及び前記３つの光書き込み手段の各光軸
は同一平面上にあり、互いに平行であり、かつ前記３つ
の偏光ビームスプリッタの偏光分離面が互いに平行であ
る場合がある。

【００６４】

【発明の実施の形態】図４は、本発明による投写レンズ
を用いた、反射型ライトバルブから投写レンズまでの投
写光学系の構成２４０を示している。構成２４０は、図
３（ｃ）に示される構成２３０に、２枚の平面ミラー２
９及び３０を追加することにより、反射型ライトバルブ
２１ａ〜２１ｃの光軸が互いに平行になるようにしたも
のである。この構成２４０によれば、上記３つの従来の
構成２１０〜２３０における問題点を全て克服できる。
構成２４０を実現するためには、投写レンズ３１と３つ
のライトバルブ１２ａ〜２１ｃとの間に、偏光ビームス
プリッタ２２ａ〜２２ｃと、３つのライトバルブ１２ａ
〜２１ｃからの出力光を１つに合成するための色合成光
学系とを配置するための十分な空間が必要である。投写
レンズ３１は、このような空間を得るための非常に長い
バックフォーカスを有している。

【００６５】例えば、反射型ライトバルブの有効表示領
域を２．５インチ（アスペクト比４：３）とした場合、
必要となるバックフォーカスは少なくとも３００ｍｍ
（空気換算光路長）以上となる。さらに、仮に、スクリ
ーン投写サイズを１００インチ、投写距離を３ｍとした
場合、バックフォーカスの条件は、上記物理的光路長を
満足し、かつ投写レンズの焦点距離ｆに対するバックフ
ォーカスｆ_Bの比（以下、バックフォーカス比とする）
は４．０以上であることが望ましい。しかし、上述のよ
うに、従来の投写レンズにはこのような物理的光路長及
びバックフォーカス比の条件を満足するものがなく、図
４に示されるような好ましい構成２４０を実現すること
ができなかった。

【００６６】以下、本発明を実施の形態に基づいて説明
する。

【００６７】（実施の形態１）本発明の実施例につい
て、添付の図面を参照しながら説明する。

【００６８】まず、本発明の投写レンズ３００の各レン
ズ群を薄肉レンズとして考え、図５（ａ）及び（ｂ）を
参照してその作用を説明する。図５（ａ）及び（ｂ）に
示すように、投写レンズ３００は、負パワーの第１レン
ズ群Ｇ１、弱いパワーの第２レンズ群Ｇ２、第２レンズ
群Ｇ２から離れた位置にある正パワーの第３レンズ群Ｇ
３、第３レンズ群Ｇ３から離れた位置にある第４レンズ
群Ｇ４、及びプリズムＰを備えている。

【００６９】まず、図５（ａ）に示すように、投写レン
ズ３００の第１レンズ群Ｇ１から第４レンズ群Ｇ４まで
の系に、光軸４１に平行で光線高ｈ１の光線４２がスク
リーン（図示せず）側から入射する軸上光線の場合を考
える。

【００７０】光線４２は、負パワーの第１レンズ群Ｇ１
で発散光線４３に変換される。発散光４３が弱いパワー
の第２レンズ群Ｇ２を通過した後、発散光４３の光線高
は高くなり、第３レンズ群Ｇ３において光線高ｈ３とな
る。発散光４３は、第３レンズ群Ｇ３のパワーが正であ
るため、第３レンズ群Ｇ３を出射した後、収束光線４４
になる。収束光線４４は、正パワーの第４レンズ群Ｇ４
によってさらに収束する光線４５となって第４レンズ群
Ｇ４を出射する。

【００７１】収束光線４５が光軸４１と交わる点が焦点
Ｆであり、光線４２と収束光線４５との交点４６から光
軸４１に下した垂線の足が主点Ｈとなる。主点Ｈから焦
点Ｆまでの距離が焦点距離ｆである。本発明の説明にお
いては、第１レンズ群Ｇ１から第３レンズ群Ｇ３までの
系を主レンズ群とし、第３レンズ群Ｇ３から焦点Ｆまで
の距離（第４レンズ群の光軸方向の厚さを除く）を主レ
ンズ群のバックフォーカスｆ_Bとして定義する。尚、プ
リズムＰは、その屈折率によって投写レンズ３００のバ
ックフォーカスｆ_Bの実質的な値に変化をもたらすた
め、プリズムＰ中の光路長は、プリズムＰ中の光軸方向
の物理的長さｌ_PとプリズムＰの屈折率ｎ_Pとを用いて、
空気換算光路長ｄ_P＝ｌ_P／ｎ_Pによって表す。

【００７２】投写レンズ３００においては、第１レンズ
群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との合成焦点距離が負パワー
であり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔
が長いので、光線高の比ｈ₃／ｈ₁が大きくなり、主レン
ズ群のバックフォーカス比ｆ_B／ｆを大きくすることが
できる。

【００７３】また、正パワーの第４レンズ群を第３レン
ズ群Ｇ３と焦点Ｆとの間に、しかも両側から離れた位置
に配置しているので、主レンズ群のバックフォーカスｆ
_Bが非常に長い場合でも、第３レンズ群Ｇ３の有効径を
あまり大きくすることなく所望の有効口径比を得ること
ができる。

【００７４】次に、図５（ｂ）に示すように、スクリー
ン側から軸外主光線４７が入射する場合について説明す
る。正パワーの第４レンズ群Ｇ４がプリズムＰに近接し
ているので、第４レンズ群Ｇ４のレンズ面形状を適切に
選ぶことにより、プリズムＰ中の有効領域内の主光線４
８を光軸４１とほぼ平行にすることができる。また、第
４レンズ群Ｇ４においては、軸上光線である収束光線４
５の光線高が低く（図５（ａ））、軸外主光線４８の光
線高が高い。従って、第４レンズ群Ｇ４は、投写レンズ
３００全系の球面収差をあまり変化させることなく、全
系の軸外収差を変化させることができる。特に、第４レ
ンズ群Ｇ４に非球面レンズを導入し、この非球面により
正の歪曲収差を発生させることにより、テレセントリッ
ク性を向上させることができるのと同時に、第４レンズ
群Ｇ４によって、第１レンズ群Ｇ１から第３レンズ群Ｇ
３までの系で発生する負の歪曲収差を補正して、全系の
歪曲収差を小さくすることができる。

【００７５】また、弱いパワーの第２レンズ群Ｇ２は、
第１レンズ群Ｇ１との合成焦点距離を負パワーに保ちつ
つ、第１レンズ群Ｇ１で発生する歪曲収差、倍率色収差
などを補正し、全系の諸収差をバランス良く補正する役
割を持つ。

【００７６】次に、本発明の投写レンズ３００が望まし
い特性を実現するための条件について説明する。尚、上
記の説明の中にいくつかの数式が複数回現れているが、
同一の条件を表す数式には同一のかっこ付き番号（ｎ）
を付して示している。

【００７７】上記の数式（１）は、第１レンズ群Ｇ１の
合成焦点距離ｆ_G1を一定範囲に限定することにより、全
系の収差バランスを保ちながら、主レンズ群のバックフ
ォーカスを所望の値とするための条件を示している。第
１レンズ群の合成焦点距離ｆ_G1と全系の合成焦点距離ｆ
との比ｆ_G1/ｆが下限値より小さい場合は、所望のバッ
クフォーカスを確保しようとすると、第２レンズ群Ｇ２
の負担が大きくなり、第２レンズ群Ｇ２で発生する諸収
差を第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とで補正する
ことが困難となる。一方、比ｆ_G1/ｆが上限値より大き
い場合には、所望のバックフォーカスが得られるもの
の、第１レンズ群Ｇ１で発生する軸外収差を第２レンズ
群Ｇ２から第４レンズ群Ｇ４で補正することが困難とな
る。

【００７８】上記の数式（２）は、数式（１）の条件を
満足させた上で、第１レンズ群Ｇ１の合成焦点距離ｆ_G1
と第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離ｆ_G2とのパワー配分
を一定範囲に限定する条件を示している。弱いパワーの
第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１で発生する歪曲
収差や、倍率色収差、及びプリズムＰで発生する諸収差
を補正する役割を有する。数式（２）の条件を満足させ
ることにより、全系の収差バランスを保ちながら、主レ
ンズ群のバックフォーカスを所望の値とすることができ
る。ｆ_G1・f_G2/〔ｆ（ｆ_G1+ｆ_G2)〕の値が下限値より小
さい場合は、全系の収差バランスを保ちながら所望のバ
ックフオーカスを得ることが困難となる。この項の値が
上限値より大きい場合には、第１レンズ群Ｇ１及び第２
レンズ群Ｇ２で発生する諸収差を第３レンズ群Ｇ３及び
第４レンズ群Ｇ４によって補正することが困難となる。

【００７９】上記の数式（３）は、主レンズ群のバック
フォーカスを所望の値にすると同時に、周辺光量の低下
を防ぐための条件を示している。第２レンズ群と第３レ
ンズ群との間の空気間隔ｄ_G2と全系の合成焦点距離との
比ｄ_G2/ｆが下限値より小さい場合には、必要なバック
フォーカスを得ることが困難となる。無理にバックフォ
ーカスを長くしようとすると、第３レンズ群Ｇ３の負担
が大きくなり、全系の諸収差をバランス良く補正するこ
とが困難となる。一方、比ｄ_G2/ｆが上限値より大きい
場合には、バックフォーカスを長くする上では有利であ
るが、主レンズ群の全長が長くなるために周辺光量の低
下を避けられない。

【００８０】周辺光量を増やすために第１レンズ群Ｇ１
の有効径を大きくすることもできるが、大幅なコスト高
を招く。また、周辺光量を増やすために第３レンズ群Ｇ
３の有効径を大きくすることもできるが、第３レンズ群
Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間に配置する色合成光学系
の有効系も大きくなるため、色合成光学系を配置するこ
とが困難となる。従って、主レンズ群のバックフォーカ
スをさらに長くしなければならず、そうするとレンズ系
全体の諸収差をバランス良く補正することが困難とな
る。

【００８１】数式（４）は、偏光ビームスプリッタであ
るプリズムＰを通過する主光線が光軸とほぼ平行になる
ように、つまりテレセントリック性を良好にするための
条件である。一般に、誘電体多層膜を用いた偏光ビーム
スプリッタは光線の入射角により光学的特性が変化する
ので、有効領域内の主光線が同一の入射角で誘電体多層
膜面を通過しない場合には投写画像に画質むらを発生す
る。これを避けるためにはテレセントリック性を良好に
するとよい。ｆ_G4/ｄ_G3が下限値より小さい場合あるい
は上限値より大きい場合は、いずれもテレセントリック
性が不十分となるために、投写画像に画質のむらが発生
する。

【００８２】次に、本発明の投写レンズを、具体的な実
施例に基づいて説明する。

【００８３】図６は、第１の実施例による投写レンズ３
１０の構成を示している。投写レンズ３１０の各レンズ
データを表す具体的数値を表１に示す。図６に示すよう
に、投写レンズ３１０は、第１レンズ群Ｇ１、第２レン
ズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、及び
偏光ビームスプリッタＰを有している。図６において、
ＬＶは反射型ライトバルブの読み出し側ガラス基板を示
している。投写レンズ３１０の全レンズ系における第ｉ
レンズをＬ_iで示している。

【００８４】表１の中のｒ_jは第ｊ面の曲率半径、ｄ_j
は第ｊ面から次の第ｊ＋１面までの間隔、ｎ_j 及びν_j
はそれぞれ第ｊ面から次の第ｊ＋１面までのｅ線におけ
る屈折率及びアッベ数である。ωはスクリーン側の半画
角、ｍは拡大倍率である。また、アスタリスク「＊」を
付したレンズ面は非球面であり、その断面形状は以下の
数式（６）で与えられる。

【００８５】

【数１９】

【００８６】ただし、Ｓはレンズ面の高さｈにおけるサ
グ量、ｈは光軸からの高さ、κ_j は円錐定数、α_j、
β_j、γ_j、及びδ_jは、それぞれ４次、６次、８次、及
び１０次の非球面係数である。

【００８７】

【表１】

【００８８】図６に示されるように、スクリーン側から
順に、第１レンズＬ₁はスクリーン側に凸面を向けた負
メニスカスレンズ、第２レンズＬ₂はスクリーン側に平
面を向けた平凹レンズ、第３レンズＬ₃は両凸レンズ、
第４レンズＬ₄は両凹レンズ、第５レンズＬ₅は両凹レン
ズ、第６レンズＬ₆は両凸レンズ、第７レンズＬ₇はスク
リーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズ、第８レン
ズＬ₈は両凸レンズ、そして第９レンズＬ₉はスクリーン
側に凸面を向けた平凸レンズである。第３レンズＬ₃と
第４レンズＬ₄とを接合し、第５レンズＬ₅と第６レンズ
Ｌ₆とを接合している。第９レンズＬ₉の凸面は非球面で
あり、第９レンズＬ₉の平面側はプリズム状の偏光ビー
ムスプリッタＰと接合されている。

【００８９】偏光ビームスプリッタＰ（詳細な構成は後
述する）は、第４レンズ群Ｇ４と接する厚さ２ｍｍの透
明ガラス基板と反射型ライトバルブ側の厚さ２ｍｍの透
明ガラス基板との間に透明液体を充填したプリズムであ
る。また、反射型ライトバルブの読み出し側ガラス基板
ＬＶは、厚さ２．２ｍｍの透明ガラス基板であり、スク
リーン側の面には反射防止膜が形成されている。偏光ビ
ームスプリッタＰの光軸方向の全長は、反射型ライトバ
ルブの読み出し側ガラス基板ＬＶの厚さよりも充分に長
い形状となっている。

【００９０】第１レンズＬ₁及び第２レンズＬ₂の２枚で
第１レンズ群Ｇ１が構成され、第３レンズＬ₃及び第４
レンズＬ₄の２枚で第２レンズ群Ｇ２が構成され、第５
レンズＬ₅から第８レンズＬ₈までの４枚で第３レンズ群
Ｇ３が構成され、第９レンズＬ₉で第４レンズ群が構成
されている。各レンズ群の間には比較的長い空気間隔が
設けられている。また、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ
群Ｇ３との間、および第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群
Ｇ４との間には、それぞれＦ値、軸外上光線、及び軸外
下光線を規制するための絞り（図示せず）が設けられて
いる。第１レンズ群Ｇ１から第３レンズ群Ｇ３までの系
を主レンズ群、第４レンズ群を補助レンズと呼ぶことに
する。

【００９１】本発明の投写レンズ３１０の構成は、長い
バックフォーカスを確保するために、一般に広角レンズ
（一般に半画角が約３０゜以上のレンズ）用の構成とし
て用いられるレトロフォーカス型を基本としている。し
かし、表１に示すスクリーン側の半画角ωからもわかる
ように、本発明の投写レンズ３１０は、広角レンズに比
べて画角が小さく、広角レンズの範疇に属さない。本発
明の投写レンズ３１０の半画角ωの値は、２５°以下、
好ましくは２３〜２４°、更に好ましくは、２３．３〜
２３．８°の範囲である。

【００９２】レトロフォーカス型レンズ構成は、歪曲収
差と倍率色収差の補正が容易でないことが知られてい
る。本発明の投写レンズ３１０の構成においては、長い
バックフォーカスを確保するために、第１レンズ群Ｇ１
は、２つの負レンズから構成され、強い負パワーを有し
ている。第１レンズ群Ｇ１で発生する歪曲収差及び倍率
色収差は、正レンズと負レンズで構成される弱いパワー
の第２レンズ群によって補正される。第２レンズ群Ｇ２
は、正レンズと、正レンズのアッベ数より大きいアッベ
数を有する負レンズとで構成される。

【００９３】また、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群
Ｇ３に接合レンズを用いて２つの接合面のバランスを調
整することにより、軸上色収差と倍率色収差とをバラン
ス良く補正している。第２レンズ群Ｇ２によって第１レ
ンズ群Ｇ１で発生する色収差の大半を補正するために、
第２レンズ群Ｇ２を正レンズと負レンズの２枚で構成
し、負レンズのアッベ数に比べて正レンズのアッベ数を
小さくしている。また、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ
群Ｇ２との間の空気間隔は、第１レンズ群Ｇ１を構成す
る負レンズＬ₁及びＬ₂の中心厚よりも長くするとよい。
こうすることにより、第１レンズ群Ｇ１で発生する軸外
収差を第２レンズ群Ｇ２でよりバランスよく補正するこ
とができる。

【００９４】第３レンズ群Ｇ３は、スクリーン側から順
に、負、正、正、正のパワーのレンズが配置され、全体
として正パワーを有している。第３レンズ群Ｇ３は、第
１レンズ群Ｇ１によって発散光となった光を収束光に変
換すると共に、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２
で発生する諸収差を補正し、全系の収差バランスを良好
にする機能を有する。しかも、主レンズ群のバックフォ
ーカスを長くするために、第３レンズ群Ｇ３の主点をで
きる限りライトバルブ側に位置させる必要がある。そこ
で、第５レンズＬ₅と第６レンズＬ₆とによる接合レンズ
をスクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズと
し、第８レンズＬ₈の正パワーを強くしている。第３レ
ンズ群Ｇ３を４枚構成とすれば、全系の諸収差をバラン
ス良く補正できる。

【００９５】本発明のように主レンズ群のバックフォー
カス比を大きくしようとすると、第１レンズ群Ｇ１の負
レンズの凹面の曲率半径が小さくなり、そのためにペッ
ツバール和は補正過剰となりやすい。そこで、第１レン
ズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２においては、負レンズは
低屈折率に、正レンズは高屈折率にするとよい。そうす
ると、有効径の大きい第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ
群Ｇ２に用いる負レンズとして比較的安価な硝材を選択
できるので、コスト面で有利になる。

【００９６】第４レンズ群Ｇ４は、第３レンズ群Ｇ３と
の間に長い空間を設けて配置される。後に詳述するよう
に、色合成光学系（ダイクロイックミラー及び平面ミラ
ー）は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の
空間に配置される。第４レンズ群Ｇ４は、第３レンズ群
を通過した収束光を更に収束させ、第３レンズ群の外径
を大きくすることなく、十分なＦナンバが得られるよう
にする機能を有する。第４レンズ群Ｇ４は、更に、軸外
光の各主光線が、偏光ビームスプリッタＰ中において光
軸とほぼ平行となるようにして、テレセントリック性を
良好にする機能を有する。

【００９７】第４レンズ群Ｇ４の全長が長いと色合成用
のダイクロイックミラー２枚及び平面ミラーの配置が困
難となるため、第４レンズ群は、スクリーン側に凸面を
向けた正パワーを有する１枚のレンズで構成し、その外
周を長方形状としている。また、第４レンズ群Ｇ４は、
主レンズ群で発生する負の歪曲収差の補正をさらに良好
にし、かつテレセントリック性を向上させるため、スク
リーン側の凸面を非球面としている。第４レンズ群のラ
イトバルブ側の面は平面としているが、これは偏光ビー
ムスプリッタ（プリズム）Ｐと接合して一体化すること
により、鏡筒への組み込み時の組立容易性と精度を確保
するためである。第４レンズ群のレンズは、量産性を確
保するために、レンズの材料としてアクリル樹脂を用
い、成形加工により製作するとよい。

【００９８】図７（ａ）〜（ｄ）は、表１に示したレン
ズデータを有する投写レンズ３１０の収差を示し、図７
（ｅ）は、偏光ビームスプリッタＰ中のテレセントリッ
ク性示している。各収差図は、基準波長がｅ線（546.07
nm）の光を用いた場合について示している。図７（ａ）
において、横軸は収差量、縦軸はＦナンバであり、実線
が球面収差、破線が正弦条件を示している。図７（ｂ）
において、横軸は像面湾曲量、縦軸は画角であり、実線
がサジタル光線、破線がメリディオナル光線を示してい
る。実線と破線との差が非点収差である。図７（ｃ）に
おいて、横軸は歪曲収差量、縦軸は画角である。図７
（ｄ）において、横軸は球面収差量、縦軸はＦナンバで
あり、実線がｅ線、破線がＦ（486.13nm）を示してい
る。実線と破線との差が、ｅ線及びＦ線の軸上色収差で
ある。また、図７（ｅ）においては、横軸は主光線と光
軸とのなす角度、縦軸は画角である。なお、これらの収
差図においては、偏光ビームスプリッタとしてのプリズ
ムＰ、および反射型ライトバルブの出射側ガラス基板Ｌ
Ｖによる収差も含まれている。

【００９９】図７（ａ）〜（ｅ）から分かるように、投
写レンズ３１０の諸収差はバランス良く補正されてい
る。投写レンズ３１０の半画角ω＝２３．３°、Ｆ値は
４．０であり、反射型ライトバルブを用いる投写型表示
装置に用いるのに十分なレベルである。また、図７
（ｅ）のテレセントリック性は、反射型ライトバルブ側
の空気中における角度を示しており、偏光ビームスプリ
ッタＰ中ではさらに小さい角度となる。図７（ｅ）から
わかるように、偏光ビームスプリッタＰを通過する主光
線が光軸となす角度は有効表示領域内で±０．３°以下
となっている。また、投写レンズ３１０の最大画角にお
ける開口効率は９０％以上であり、周辺光量も十分に確
保されている。

【０１００】第１レンズ群Ｇ１から第３レンズ群Ｇ３ま
での主レンズ群の実質的なバックフォーカス中に、色合
成光学系のダイクロイックミラー２枚と平面ミラー１
枚、及び偏光ビームスプリッタを配置するためには、
４．０≦（ｄ_G3+ｄ_P)／ｆ≦５．０（上述の式（５））
で表される条件を満足することが望ましい。尚、この式
において、レンズ全系の合成焦点距離をｆ、第３レンズ
群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の空気間隔をｄ_G3、偏
光ビームスプリッタ中の空気換算光路長をｄ_Pとしてい
る。

【０１０１】第１の実施例による投写レンズ３１０は、
主レンズ群のバックフォーカス中に第４レンズ群Ｇ４で
ある補助レンズを挟んで、上記の式（５）の条件を満た
しており、上記の色合成光学系と偏光ビームスプリッタ
とを配置できる充分な空間を有する。

【０１０２】次に、本発明の投写レンズを他の実施例に
基づいて説明する。

【０１０３】図８、図９、及び図１０は、各々、第２、
第３、および第４の実施例による投写レンズ３２０、３
３０及び３４０の構成を示している。投写レンズ３２
０、３３０及び３４０の各々における各レンズデータ
を表す具体的数値を表２、表３、及び表４に示す。図１
１、図１２、及び図１３は、投写レンズ３２０、３３０
及び３４０の収差図である。各図及び表における記号
は第１の実施例と同様である。

【０１０４】

【表２】

【０１０５】

【表３】

【０１０６】

【表４】

【０１０７】図８に示される第２の実施例による投写レ
ンズ３２０においては、第１の実施例による投写レンズ
３１０を基本にして、第２レンズ群Ｇ２を負正のレンズ
構成としている。図９に示される第３の実施例による投
写レンズ３３０は、第１の実施例による投写レンズ３１
０を基本にして、第２レンズ群Ｇ２の２枚のレンズを分
離した構成を有している。また、投写レンズ３２０及び
３３０においては、第２レンズ群Ｇ２は弱い正パワーと
なっている。

【０１０８】図１０に示される第４の実施例による投写
レンズ３４０は、第１の実施例による投写レンズ３１０
を基本にして、主レンズ群のバックフォーカスをさらに
長くした構成を有している。投写レンズ３４０は、投写
レンズ３１０に比べて、第１レンズ群Ｇ１の負パワーが
強く、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔ｄ
_G1、および第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間
隔ｄ_G2がいずれも長くなっている。

【０１０９】第２、第３、および第４の実施例による投
写レンズは、いずれも第１の実施例と同様に、第２レン
ズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の空気間隔が非常に
長く、図１１、図１２、及び図１３からわかるように諸
収差も良好に補正されている。投写レンズ３２０〜３４
０において、第１レンズ群Ｇ１から第３レンズ群Ｇ３ま
での主レンズ群の実質的なバックフォーカスは、すべて
数式（５）の条件を満たしている。

【０１１０】また、偏光ビームスプリッタＰ中を通過す
る主光線が光軸となす角度も、すべての実施例におい
て、有効表示領域内で±０．５°以下である。従って、
これらの投写レンズを後述の投写型表示装置に用いた場
合には、画質むらの少ない投写画像を表示できる。

【０１１１】なお、以上の実施例による投写レンズ３１
０〜３４０のフォーカス調整は、第３レンズ群Ｇ３、第
４レンズ群Ｇ４、及び偏光ビームスプリッタＰを固定
し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とを同時に移
動させるようにすればよい。

【０１１２】また、以上の実施例の投写レンズ３１０〜
３４０は、いずれも第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ
３との間の空気間隔が長いことを特徴としている。従っ
て、図１４に示すように、第２レンズ群Ｇ２と第３レン
ズ群Ｇ３との間の空間に平面ミラーＭを配置し、主レン
ズ群全体がＬ字となるように構成することもできる。本
発明の投写レンズは、主レンズ群が比較的長い構成とな
るため、投写型表示装置に用いる場合、このようなＬ字
構成とすればセット全体をよりコンパクトにすることが
できる。

【０１１３】図１５は、反射型ライトバルブを用いた投
写型表示装置に用いるため、上記各実施例で説明した投
写レンズに、更に色合成光学系を導入した投写レンズ４
００の構成を示している。図１５に示すように、投写レ
ンズ４００は、反射型ライトバルブ５１ａ、５１ｂ、及
び５１ｃ、偏光ビームスプリッタ５２ａ、５２ｂ、及び
５２ｃ、第４レンズ群Ｇ４である補助レンズ５３ａ、５
３ｂ、及び５３ｃ、平面ミラー５４及び５５、ダイクロ
イックミラー５６及び５７、及び第１レンズ群Ｇ１から
第３レンズ群Ｇ３までの主レンズ群５８を有している。
平面ミラー５４及び５５、及びダイクロイックミラー５
６及び５７の反射面は、すべて互いに平行に配置されて
いる。

【０１１４】反射型ライトバルブ５１ａ〜５１ｃ、偏光
ビームスプリッタ５２ａ〜５２ｃ、及び補助レンズ５３
ａ〜５３ｃは、各々、赤、緑、及び青用に３つ配置され
ている。偏光ビームスプリッタ５２ａ〜５２ｃと対応す
る補助レンズ５３ａ〜５３ｃとはそれぞれ接合されてい
る。本発明の投写レンズ４００は、長いバックフォーカ
スを実現することにより、色合成光学系のダイクロイッ
クミラー５６及び５７の他に平面ミラー５４及び５５を
も配置できるだけの十分な空間を有している。従って、
図１５に示すように、３つの補助レンズ５３ａ〜５３
ｃ、偏光ビームスプリッタ５２ａ〜５２ｃ、及び反射型
ライトバルブ５１ａ〜５１ｃの光軸を同一平面状で互い
に平行になるようにし、偏光ビームスプリッタ５２ａ〜
５２ｃの偏光分離面が互いに平行となるように構成でき
るため、投写型表示装置のセット全体をコンパクトにま
とめることができる。

【０１１５】図１５に示されるように、投写レンズ４０
０において、反射型ライトバルブ５１ａ〜５１ｃよって
形成された３つの光学像は、それぞれ偏光ビームスプリ
ッタ５２ａ〜５２ｃ、及び補助レンズ５３ａ〜５３ｃを
通過した後、平面ミラー５４及び５５、及びダイクロイ
ックミラー５６及び５７によって１つの像に合成され、
主レンズ群５８によってスクリーン（図示せず）上に投
写される。

【０１１６】以下に、本発明の投写型表示装置を実施例
に基づいて説明する。

【０１１７】図１６は、１つの実施例による本発明の投
写型表示装置５００の構成を示している。投写型表示装
置５００において、反射型ライトバルブ５１ａ、５１
ｂ、及び５１ｃ、偏光ビームスプリッタ５２ａ、５２
ｂ、及び５２ｃ、補助レンズ５３ａ、５３ｂ、及び５３
ｃ、平面ミラー５４及び５５、ダイクロイックミラー５
６及び５７、及び主レンズ群５８は、図１５に示される
投写レンズ４００と同様のものを用いている。

【０１１８】投写型表示装置５００において、光源６１
は、３原色の色成分を含む光を放射する。コールドミラ
ー６２は可視光を反射し、赤外光を透過させる。光源６
１からの放射光は、コールドミラー６２によって可視光
のみが反射され、反射された光は、３枚のダイクロイッ
クミラー６３、６４、及び６５から構成される色分解光
学系によって、赤、緑、及び青の原色光に分解される。
各原色光は、それぞれ前置偏光子６６ａ、６６ｂ、及び
６６ｃに入射し、いずれも略直線偏光となって出射す
る。略直線偏光となった原色光は、読み出し光として、
各々ミラー６７ａ、６７ｂ、及び６７ｃを経て偏光ビー
ムスプリッタ５２ａ、５２ｂ、及び５２ｃに入射し、各
々対応する反射型ライトバルブ５１ａ、５１ｂ、及び５
１ｃ側に反射される。反射型ライトバルブ５１ａ〜５１
ｃは、図１で説明した反射型ライトバルブ１００と同じ
ような基本構成のものを用いている。

【０１１９】一方、投写型表示装置５００において、Ｃ
ＲＴ６８ａ、６８ｂ、及び６８ｃ、及び書き込みレンズ
６９ａ、６９ｂ、及び６９ｃは、光書込手段として構成
される。ＣＲＴ６８ａ〜６８ｃ上に形成された画像（書
き込み光）は、書き込みレンズ６９ａ〜６９ｃによっ
て、対応する反射型ライトバルブ５１ａ〜５１ｃの光導
電層上に書き込み画像として結像される。反射型ライト
バルブ５１ａ〜５１ｃの各々は、光導電層上に形成され
た画像に応じて、光変調層である液晶層に入射する直線
偏光の読み出し光を楕円偏光に変調する。変調された読
み出し光は、反射型ライトバルブ５１ａ〜５１ｃの光反
射層によって反射されて、再び偏光ビームスプリッタ５
２ａ〜５２ｃに入射する。偏光ビームスプリッタ５２ａ
〜５２ｃによって反射される偏光成分は光源６１側に進
行し、偏光ビームスプリッタ５２ａ〜５２ｃを透過する
偏光成分は補助レンズ５３ａ〜５３ｃに入射する。

【０１２０】補助レンズ５３ａ〜５３ｃからの出射光
は、平面ミラー５４及び５５とダイクロイックミラー５
６及び５７とを組み合わせた色合成光学系によって１つ
の光に合成される。合成された光は主レンズ群５８に入
射する。主レンズ群５８は、スクリーン（図示せず）側
から順に第１レンズ群、第２レンズ群、及び第３レンズ
群を有している。これらのレンズ群は、図６などで説明
した示した本発明の投写レンズ３１０〜３４０における
第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、及び第３レンズ
群Ｇ３に対応する。補助レンズ５３ａ、５３ｂ、及び５
３ｃは、同一であり、投写レンズ３１０〜３４０におけ
る第４レンズ群Ｇ４に対応する。３つの反射型ライトバ
ルブ５１ａ〜５１ｃ上の光学像は、主レンズ群５８と補
助レンズ５３ａ〜５ｃとによって、離れた位置にあるス
クリーン（図示せず）上に拡大投写される。

【０１２１】主レンズ群５８、色合成用の平面ミラー５
４及び５５、ダイクロイックミラー５６及び５７、及び
互いに接合している３つの補助レンズ５３ａ〜５３ｃ及
び偏光ビームスプリッタ５２ａ〜５２ｃを１つの鏡筒に
収納するとよい。このことにより、補助レンズ５３ａ〜
５３ｃから主レンズ群５８までの光学系を精度良く組み
立てることができる。ミラー５４及び５５と、ダイクロ
イックミラー５６及び５７とは、本発明の投写レンズの
構成に含まれる。

【０１２２】次に、図１７を参照して、照明光学系５１
０の構成を説明する。図１６には示されていないが、好
ましくは、光源６１からの放射光が反射型ライトバルブ
５１を照明するまでの光路中に、図１７に示すようにリ
レーレンズ７４及び７５が配置される。反射型ライトバ
ルブ５１は、図１５に示される反射型ライトバルブ５１
ａ〜５１ｃと同じものである。

【０１２３】図１７には示していないが、第１のリレー
レンズ７４と第２のリレーレンズ７５との間には、図１
５に示すダイクロイックミラー６３〜６５（色分解光学
系）、前置偏光子６６ａ〜６６ｃ、及びミラー６７ａ〜
６７ｃが配置され、第２のリレーレンズ７５と反射型ラ
イトバルブ５１との間には、偏光ビームスプリッタ５２
ａ〜５２ｃが配置される。光源６１はランプ７１と楕円
面鏡７２とで構成される。ランプ７１はキセノンランプ
であり、３原色の色成分を含む光を放射する。楕円面鏡
７２はガラス製であり、反射面にアルミニウム薄膜層が
コーティングされている。なお、楕円面鏡７２の光反射
面には、赤外光を透過させ可視光を反射する多層膜が蒸
着されていてもよい。

【０１２４】図１７に示すように、ランプ７１の放射光
５１１は、楕円面鏡７２で反射され、コールドミラー６
２によって赤外光が除去されてから、楕円面鏡７２の第
２焦点７３に集光する。集光した光５１２は、第２焦点
７３を通過した後発散光５１３となり、さらに第１のリ
レーレンズ７４によって平行に近い光５１４に変換され
る。誘電体多層膜を用いたダイクッロイックミラーは光
線の入射角依存性によって分光性能が変化する特性を持
つので、ダイクロイックミラーを通過する光はできるだ
け平行光であることが望ましい。平行に近い光５１４
は、第２のリレーレンズ７５によって再び集光され（光
５１５）、反射型ライトバルブ５１を照明する。リレー
レンズ７４及び７５は、楕円面鏡７２の第２焦点７３に
結像されたランプ７１の像を、反射型ライトバルブ５１
の有効表示用域に対応する拡大倍率で効率よく照明する
役割を有する。

【０１２５】なお、図１７では第１のリレーレンズ７４
を２枚のレンズで構成しているが、１枚、または３枚以
上のレンズを用いてもよい。また、第２のリレーレンズ
７５は、図１６に示される、色分解光学系（ダイクロイ
ックミラー６３〜６５）と前置偏光子６６ａ〜６６ｃと
の間、または前置偏光子６６ａ〜６６ｃと光線を偏光ビ
ームスプリッタ５２ａ〜５２ｃに導くためのミラー６７
ａ〜６７ｃとの間に配置しても良い。さらに、本実施例
では、ランプとしてキセノンランプを用いたが、他にメ
タルハライドランプやハロゲンランプなどを用いてもよ
い。

【０１２６】以下に、前置偏光子６６の詳細な構成を図
１８を参照して説明する。前置偏光子６６は、図１６に
示す前置偏光子６６ａ、６６ｂ、及び６６ｃと同じもの
である。図１８に示されるように、前置偏光子６６にお
いては、ガラス基板で形成された入射窓８２及び出射窓
８３を有する枠体８１に、液体８６、８７、及び８８が
封入されている。

【０１２７】枠体８１の内側にはジグザクの溝が形成さ
れ、その溝に偏光選択性を有する偏光分離ミラー８４ａ
及び８４ｂと、ミラー８５ａ及び８５ｂの各々の端部が
挿入され、これらのミラー８４ａ〜８５ｂの断面がジグ
ザグになるように配置されている。枠体８１、入射窓８
２、出射窓８３、偏光分離ミラー８４ａ及び８４ｂ、お
よびミラー８５ａ及び８５ｂによって構成される容器の
空間に、液体８６〜８８が充填されている。偏光分離ミ
ラー８４ａ及び８４ｂは、誘電体多層膜をガラス基板上
に蒸着して形成されている。偏光分離ミラー８４ａ及び
８４ｂの偏光分離面となる誘電体多層膜面は、周囲に封
入された液体８６、８７、及び８８と密着することによ
り偏光分離性能を示す。

【０１２８】前置偏光子６６に用いる液体８６〜８８
は、透明であること、光学特性が均一であること、凝固
点が低いこと、沸点が高いこと、安価であることなどが
要求される。上記条件をほぼ満足する液体として、本実
施例ではエチレングリコール５５重量％、ジエチレング
リコール３０重量％、グリセリン１５重量％の３種混合
液を用いている。この３種混合液は、光学性能が良好で
あり、しかも凝固点が−５２゜Ｃ、沸点が＋１９８゜Ｃ
と、本実施例の投写型表示装置の使用環境では問題なく
使用できる。また、コストも安価であり、ガラスプリズ
ムを用いた場合に比べて、重量、コストともに圧倒的に
有利である。

【０１２９】前置偏光子６６に用いる液体としては、こ
の他に、エチレングリコールを主成分として上記３種類
液体の混合比を変えたものや、純エチレングリコール、
またはエチレングリコール水溶液などを用いてもよい。
但し、水溶液は枠体８１の材質がアルミニウムの場合、
アルミニウムと水との反応により酸化アルミニウムが析
出し、液体が次第に白濁する場合があるので注意を要す
る。また、組立時には液体であるが組み立て完了後は固
体またはゲル状となる材料（例えば信越化学工業（株）
ゲル状透明シリコーン樹脂ＫＥ１０５１）などを用いて
もよい。

【０１３０】偏光分離ミラー８４ａ及び８４ｂは、ガラ
ス基板上に低屈折率膜層と高屈折率膜層とを交互が積層
された誘電体多層膜を蒸着して形成されており、Ｐ偏光
の透過率が最大となるブリュースタ角と誘電体多層膜の
干渉効果とを利用したタイプを採用している。このタイ
プの偏光分離ミラーは、外部媒質の屈折率をｎ_M、低屈折
率層の屈折率をｎ_L、高屈折率層の屈折率をｎ_Hとして、
光線の最適入射角θ_Mは次式（７）で求められる。

【０１３１】

【数２０】

【０１３２】式（７）の条件を満足させながら誘電体多
層膜の層数を増やすことによって、Ｐ偏光の透過率を１
００％に保ちながらＳ偏光の反射率を高くすることがで
きる。

【０１３３】本実施例の偏光分離ミラー８４ａ及び８４
ｂは、低屈折率膜としてフッ化マグネシウム（屈折率
１．３９）、高屈折率膜として二酸化チタン（屈折率
２．３０）を用いている。液体８６〜８８の屈折率は
１．４４１５であるので、上式（７）より、最適な光線
入射角は、５５．６゜となる。従って、偏光選択性ミラ
ー８４ａ及び８４ｂは、光軸８９となす角度が３４．４
゜となるように傾けて配置されている。誘電体多層膜は
１３層構成である。誘電体多層膜の膜厚は、Ｓ偏光の反
射率ピークが入射する３原色光のそれぞれの中心波長と
なるように設定している。

【０１３４】また、偏光分離ミラー８４ａ及び８４ｂの
ガラス基板の両面に、Ｓ偏光成分の反射波長帯域が異な
る誘電体多層膜（例えば、一方の面に第１の誘電体多層
膜、他方に第２の誘電体多層膜）を形成することによ
り、全体としてＳ偏光の反射波長帯域をより広帯域化で
きる。こうすることにより、広帯域の波長を有する光が
入射した場合でも、前置偏光子６６を良好に機能させる
ことができる。従って、図１６に示すような３つの前置
偏光子６６ａ〜６６の代わりに、コールドミラー６２と
ダイクロイックミラー５７との間の光路に１つの前置偏
光子を配置して用いることもできる。

【０１３５】上記タイプの偏光分離ミラーは、誘電体多
層膜を構成する低屈折率層と高屈折率層との屈折率差が
大きいほど、Ｓ偏光を反射する波長帯域を広くすること
ができる。本実施例の偏光分離ミラー８４ａ及び８４ｂ
においては、できるだけＳ偏光成分の反射波長帯域を広
げるために、透明で耐久性に優れた材料のうちで最も低
い屈折率を有するフッ化マグネシウムと、最も高い屈折
率を有する二酸化チタンとを用いているが、他の屈折率
の薄膜材料を用いてもよい。例えば、低屈折率層として
は、二酸化珪素（屈折率１．４６）、三酸化二アルミニ
ウム（屈折率１．６２）など、また、高屈折率層として
は、硫化亜鉛（屈折率２．３０）、二酸化セリウム（屈
折率２．３０）、二酸化ジルコニウム（屈折率２．０
５）、五酸化二タンタル（屈折率２．１０）、二酸化ハ
フニウム（屈折率２．００）などを用いることができ
る。但し、その場合も、偏光分離ミラーの配置角度は上
式（７）の条件を満足するように設定する必要がある。

【０１３６】図１８に示すように、前置偏光子６６に垂
直に入射する自然光９０ａ及び９０ｂは、それぞれ、入
射窓８２と、液体８６及び８８とを透過し、偏光分離ミ
ラー８４ａ及び８４ｂに、５５．６゜の角度で入射す
る。偏光分離ミラー８４ａ及び８４ｂによって、自然光
９０ａ及び９０ｂは、それぞれＰ偏光成分９１ａ及び９
１ｂとＳ偏光成分９２ａ及び９２ｂとに分離される、Ｐ
偏光成分９１ａ及び９１ｂは、液体８７を透過した後、
出射窓８３より出射する。Ｓ偏光成分９２ａ及び９２ｂ
は、ミラー８５ａ及び８５ｂにそれぞれ入射する。

【０１３７】ミラー８５ａ及び８５ｂは、Ｓ偏光成分９
２ａ及び９２ｂが０゜で入射するように、隣合う偏光分
離ミラー８４ａ及び８４ｂとなす角度がそれぞれ５５．
６゜となるように配置される。ミラー８５ａ及び８５ｂ
によって反射されたＳ偏光成分９２ａ及び９２ｂは、再
び５５．６゜の入射角で偏光分離ミラー８４ａ及び８４
ｂに入射し、入射窓８２側へ反射される。こうすること
により、Ｓ偏光成分９２ａ及び９２ｂは、入射した自然
光９０ａ及び９０ｂと同じ光路をたどって入射窓８２側
へ戻るので、出射窓８３側からＰ偏光成分９１ａ及び９
１ｂのみを良好に取り出すことができる。また、自然光
が前置偏光子６６に対して斜めに入射した場合でも、斜
めに入射した光のＳ偏光成分は、偏光分離ミラー８４ａ
及び８４ｂとミラー８５ａ及び８５ｂとによって反射さ
れて入射窓８２側へ戻るため、出射窓８３から出射する
ことはない。

【０１３８】前置偏光子６６のコンパクト性を確保する
ために、偏光選択性ミラー８４ａ及び８４ｂ、及びミラ
ー８５ａ及び８５ｂは、その枚数をそれぞれ２枚とし、
光軸８９に対して対称に配置することが望ましい。１枚
の偏光選択性ミラー及び１枚のミラーを用いた場合に
は、光軸方向の寸法が大きくなるだけでなく、前置偏光
子６６に光が斜めに入射した場合の入射角依存性が非対
称になるため、投写画像が好ましくない影響を受けやす
いなどの問題が生じる。また、３枚以上のミラーを用い
た場合には、ミラーの一部が入射光を遮ることなく、効
率よくミラーを配置することが困難となる。このよう
に、図１８に示した構成の前置偏光子６６は、直線偏光
に近い光を効率良く取り出せることがわかる。

【０１３９】次に、偏光ビームスプリッタ５２の詳細な
構成を図１９を参照して説明する。偏光ビームスプリッ
タ５２及び補助レンズ５３は、各々、図１６に示す偏光
ビームスプリッタ５２ａ〜５２ｃ、及び補助レンズ５３
ａ〜５３ｃと同じものである。図１９において、１０１
は枠体、１０２、１０３、及び１０４は入射窓または出
射窓となるガラス基板、１０５は偏光分離ミラー、１０
６及び１０７は液体を示している。また、ガラス基板１
０４は補助レンズ５３と接合されている。

【０１４０】枠体１０１、ガラス基板１０２〜１０４、
及び偏光分離ミラー１０５で構成される容器の空間に
は、液体１０６及び１０７が充填されている。液体１０
６及び１０７と、偏光分離ミラー１０５の多層膜の構成
は、図１８によって説明した前置偏光子６６と同じもの
を用いている。偏光ビームスプリッタ５２の場合も、偏
光分離ミラー１０５のガラス基板の両面にＳ偏光成分の
反射波長帯域が異なる第１の誘電体多層膜と第２の誘電
体多層膜をそれぞれ形成して構成することにより、全体
としてＳ偏光の反射波長帯域をより広帯域化できる。こ
うすることにより、偏光ビームスプリッタ５２に入射す
る光の波長帯域が広帯域の場合や、入射光線の入射角に
多少の変化がある場合でも、良好な偏光分離性能を実現
できる。

【０１４１】次に、前置偏光子６６と偏光ビームスプリ
ッタ５２との配置について説明する。前置偏光子６６及
び偏光ビームスプリッタ５２は、前置偏光子６６から出
射するＰ偏光が偏光ビームスプリッタ５２でＳ偏光とし
て反射されるように配置される。その理由は以下の通り
である。

【０１４２】一般に、入射光は光軸を中心にある角度範
囲に広がっており、入射する光の波長も単一波長ではな
いため、Ｓ偏光の反射率を上述の入射光の使用条件にお
いて１００％に近づけることは比較的容易であるが、Ｐ
偏光の透過率を１００％に近づけることは困難である
（特に入射角依存性が大きい）。従って、反射されるＳ
偏光成分には若干のＰ偏光成分も含まれるため、不要な
偏光成分をカットする必要がある前置偏光子６６におい
ては、Ｓ偏光成分がほとんど含まれないＰ偏光成分を取
り出すことが好ましい。また、偏光ビームスプリッタ５
２に入射する偏光成分は効率よく反射型ライトバルブ５
１側へ導かれる必要があり、また、黒表示の場合には、
反射型ライトバルブ５１によって反射された読み出し光
を偏光ビームスプリッタ５２でカットする必要があるた
めに、偏光ビームスプリッタ５２に入射する偏光成分
は、反射率が１００％に近いＳ偏光であることが好まし
い。このようにすることにより、高コントラストの投写
画像を表示できる。

【０１４３】図１９に示すように、偏光ビームスプリッ
タ５２のガラス基板１０２に垂直に入射するＳ偏光１０
８は、液体１０６を透過して偏光分離ミラー１０５に５
５．６゜の角度で入射する。偏光分離ミラー１０５によ
り反射されたＳ偏光１０９は、液体１０６を通過して、
ガラス基板１０３から反射型ライトバルブ側に出射す
る。反射型ライトバルブ（図１９には示さず）によって
反射された光は、再びガラス基板１０３及び液体１０６
を透過して偏光分離ミラー１０５に入射する。反射型ラ
イトバルブによって反射された光のうち、反射型ライト
バルブによって変調されたＰ偏光１１０は、偏光分離ミ
ラー１０５、液体１０７、ガラス基板１０４、及び補助
レンズ５３を順次透過して、主レンズ群（図１９には示
さず）によって投写画像としてスクリーン上に投写され
る。反射型ライトバルブによって変調されないＳ偏光
は、再び偏光分離ミラー１０５によってガラス基板１０
２側に反射される。

【０１４４】また、図１６に示すように、ダイクロイッ
クミラー５６及び５７及び偏光ビームスプリッタ５２ａ
〜５２ｃは、ダイクロイックミラー５６及び５７の入射
面（光線の進行方向とダイクロイックミラー５６及び５
７の反射面の法線とを含む面）と、偏光ビームスプリッ
タ５２ａ〜５２ｃの入射面（光線の進行方向と偏光ビー
ムスプリッタ５２ａ〜５２ｃの偏光分離面の法線とを含
む面）とが垂直となるように配置されている。従って、
図１９に示す偏光ビームスプリッタ５２の偏光分離ミラ
ー１０５で発生する非点収差は、ダイクロイックミラー
５６及び５７で発生する非点収差と打ち消し合う方向に
作用する。

【０１４５】本発明の投写レンズは、テレセントリック
性が良好であり、偏光ビームスプリッタの偏光分離面に
入射する主光線は光軸にほぼ平行である。従って、偏光
分離面に入射する光線の入射角依存性による偏光分離性
能の劣化がほとんど発生しないため、偏光分離性能の劣
化による投写画像のコントラスト低下や不均一性を引き
起こすことがなく、高画質な投写画像を表示できる。

【０１４６】また、図１６に示すように、投写型表示装
置５００においては、投写レンズが実質的に１本である
ので、カラーシェーディングは発生しない。また、光源
６１から３色に対応する反射型ライトバルブ５１ａ、５
１ｂ、及び５１ｃの各々までの照明光路長が等しく、反
射型ライトバルブ５１ａ、５１ｂ、及び５１ｃの各々の
画面中心が投写レンズの光軸上に位置するので、色むら
の発生は少ない。

【０１４７】投写画像のフォーカス調整は、主レンズ群
５８の第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とを一体に
して光軸方向に微小移動するとよい。なお、第３レンズ
群Ｇ３の微小移動によるフォーカス調整は、レンズ群の
移動量に対してガウス像面の移動量が小さいのでレンズ
群を大きく移動する必要があり、そうすると収差バラン
スが劣化するので望ましくない。

【０１４８】なお、図１５及び図１６に示す投写レンズ
４００及び投写型表示装置５００においては、３つの補
助レンズ５３ａ、５３ｂ、及び５３ｃから出射する３原
色光を１つに合成する色合成光学系を、２枚のミラー５
４及び５５と２枚のダイクロイックミラー５６及び５７
とを用いて構成しているが、色合成光学系の構成はこれ
に限られるものではない。例えば、図２０に示すよう
に、１枚のミラー１１１と２枚のダイクロイックミラー
１１２及び１１３とを用いる構成としてもよい。以上の
実施例では、３つのＣＲＴ、書き込みレンズ、反射型ラ
イトバルブ、偏光ビームスプリッタ、及び補助レンズ
を、ＣＲＴの画面に水平な方向に配列しているが、ＣＲ
Ｔの画面に垂直な方向に配列してもよい。

【０１４９】また、以上の実施例では、画像源としてＣ
ＲＴを用いたが、例えば透過型のＴＦＴ液晶パネルを用
いることもできる。その場合、透過型液晶パネルの後方
からメタルハライドランプなどの光源で照明し、映像信
号に応じて液晶パネル上に形成された光学像を、書き込
みレンズにより反射型ライトバルブの光導電層上に結像
させる構成としてもよい。また、書き込み光学系とし
て、書き込みレンズの他にイメージガイドとして用いら
れる光ファイバーなどを用いてもよい。

【０１５０】また、本実施例ではライトバルブとして、
光導電層に書き込まれた画像に応じて読み出し光の偏光
状態を液晶層で変調する反射型ライトバルブを用いてい
るが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、
他の方式の液晶パネルや電気光学結晶を用いるものな
ど、光学的特性の変化として光学像を形成する反射型の
光学素子であれば、ライトバルブとして用いることがで
きる。

【０１５１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、焦点距
離に比べて実質的なバックフォーカスが非常に長く、収
差補正の良好な高解像度の投写レンズを提供できる。ま
た、この投写レンズを用いることにより、高画質な投写
画像を表示でき、かつセットをコンパクトに構成できる
投写型表示装置を提供できる。

【０１５２】本発明による投写レンズは、色合成光学系
（２つのダイクロイックミラー及び１つまたは２つの平
面ミラー）及び偏光ビームスプリッタを配置できる十分
な空間（主レンズ群のバックフォーカス）を有する。従
って、この投写レンズを用いた投写型表示装置は、実質
的に１つの投写レンズによりスクリーン上に拡大投写す
ることができ、コンバージェンス調整が容易で、セット
もコンパクトに構成でき、しかも高輝度、高画質の投写
画像を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射型ライトバルブの基本構成を示す概略断面
図である。

【図２】反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置の
基本構成を示す斜視図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、従来の投写光学系の構成例
を説明する概略構成図である。

【図４】本発明による投写レンズを用いた投写光学系の
構成例を示す図である。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の投写レンズの原
理を説明する図である。

【図６】第１の実施例による本発明の投写レンズの断面
構成図である。

【図７】（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施例による本発明
の投写レンズの収差図である。

【図８】第２の実施例による本発明の投写レンズの断面
構成図である。

【図９】第３の実施例による本発明の投写レンズの断面
構成図である。

【図１０】第４の実施例による本発明の投写レンズの断
面構成図である。

【図１１】（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施例による本発
明の投写レンズの収差図である。

【図１２】（ａ）〜（ｅ）は、第３の実施例による本発
明の投写レンズの収差図である。

【図１３】（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施例による本発
明の投写レンズの収差図である。

【図１４】第４の実施例によるもう１つの投写レンズの
断面構成図である。

【図１５】１つの実施例による本発明の投写型表示装置
の投写光学系の構成を示す斜視図である。

【図１６】１つの実施例による本発明の投写型表示装置
の構成を示す斜視図である。

【図１７】１つの実施例による本発明の投写型表示装置
の照明光学系の概略構成である。

【図１８】１つの実施例による本発明の投写型表示装置
の前置偏光子の構成を示す断面図である。

【図１９】１つの実施例による本発明の投写型表示装置
の偏光ビームスプリッタの構成を示す断面図である。

【図２０】もう１つの実施例による本発明の投写型表示
装置の投写光学系の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

Ｌ₁〜Ｌ₉ レンズ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Ｐ偏光ビームスプリッタＬＶライトバルブの読み出し側ガラス基板

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スクリーン側から順に、負パワーの第１レンズ群と、該第１レンズ群のパワーよりも弱いパワーの第２レンズ
群と、正パワーの第３レンズ群と、正パワーの第４レンズ群と、少なくとも１つの透明プリズムと、を備えており、該第４レンズ群は、該透明プリズムの該
第３レンズ群側の面に近接または接して配置されてい
る、投写レンズ。
【請求項２】以下の条件を満足する請求項１に記載の
投写レンズ：【数１】【数２】【数３】【数４】ただし、ｆは全系の合成焦点距離、ｆ_G1は前記第１レン
ズ群の合成焦点距離、ｆ_G2は前記第２レンズ群の合成焦
点距離、ｆ_G4は前記第４レンズ群の合成焦点距離、ｄ_G2
は該第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の空気間
隔、ｄ_G3は該第３レンズ群と該第４レンズ群との間の空
気間隔である。
【請求項３】前記第１レンズ群は、前記スクリーン側
から順に、凸面を該スクリーン側に向けた負メニスカスレンズと、
凹面を該スクリーンの反対側に向けた負レンズとを有す
る、請求項１に記載の投写レンズ。
【請求項４】前記第２レンズ群は、正レンズと負レン
ズとを有し、該負レンズのアッベ数よりも該正レンズの
アッベ数が小さい、請求項１に記載の投写レンズ。
【請求項５】前記第２レンズ群は、正レンズと負レン
ズとを接合した接合レンズであり、該負レンズのアッベ
数よりも該正レンズのアッベ数が小さい、請求項１に記
載の投写レンズ。
【請求項６】前記第３レンズ群が接合レンズを含んで
いる、請求項１に記載の投写レンズ。
【請求項７】前記第３レンズ群は、前記スクリーン側
から順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、及び正レン
ズを有する、請求項１に記載の投写レンズ。
【請求項８】前記第４レンズ群は、前記スクリーン側
に向いた凸面を有する平凸レンズである、請求項１に記
載の投写レンズ。
【請求項９】前記平凸レンズの前記凸面は非球面であ
る、請求項８に記載の投写レンズ。
【請求項１０】前記第４レンズ群は、前記スクリーン
側に向いた凸面と、前記透明プリズムに接合された平面
と、を有する平凸レンズである、請求項１に記載の投写
レンズ。
【請求項１１】前記第３レンズ群及び前記第４レンズ
群の位置を固定し、前記第１レンズ群及び前記第２レン
ズ群を光軸方向に移動することによってフォーカスが調
整される、請求項１に記載の投写レンズ。
【請求項１２】前記透明プリズム中の主光線は、前記
第４レンズ群の光軸と略平行である、請求項１に記載の
投写レンズ。
【請求項１３】以下の条件を満足する請求項１記載の
投写レンズ：【数５】ただし、ｆは全系の合成焦点距離、ｄ_G3は前記第３レン
ズ群と前記第４レンズ群との間の空気間隔、ｄ_Pは前記
透明プリズムの光軸方向の空気換算光路長である。
【請求項１４】前記透明プリズムは、偏光分離面を備
えた偏光ビームスプリッタである、請求項１に記載の投
写レンズ。
【請求項１５】前記第２レンズ群と前記第３レンズ群
との間の空間に１つの平面ミラーが配置されている、請
求項１に記載の投写レンズ。
【請求項１６】スクリーン側から順に、負パワーの第
１レンズ群、該第１レンズ群のパワーよりも弱いパワー
の第２レンズ群、及び正パワーの第３レンズ群を有する
主レンズ群と、同一の特性を有する正パワーの３つの補助レンズと、３つの偏光ビームスプリッタであって、該３つの補助レ
ンズが該第３レンズ群側の面にそれぞれ近接して配置ま
たは接合された透明プリズムである、偏光ビームスプリ
ッタと、２つのダイクロイックミラーと、１つまたは２つの平面ミラーと、を備えた投写レンズで
あって、該３つの偏光ビームスプリッタから出射する光は、それ
ぞれ対応する該３つの補助レンズに入射し、該３つ補助レンズから出射する光は、該１つまたは２つ
の平面ミラーと該２つのダイクロイックミラーとによっ
て１つに合成されて該主レンズ群に入射し、該主レンズ群から該３つの補助レンズまでの３つの系が
それぞれ所定の結像特性を有する、投写レンズ。
【請求項１７】以下の条件を満足する、請求項１６に
記載の投写レンズ：【数６】【数７】【数８】【数９】ただし、ｆは全系の合成焦点距離、ｆ_Ｇ１は前記第１レ
ンズ群の合成焦点距離、ｆ_G2は前記第２レンズ群の合成焦点距離、ｆ_G4は前記補
助レンズの合成焦点距離、ｄ_G2は該第２レンズ群と前記
第３レンズ群との間の空気間隔、ｄ_G3は該第３レンズ群
と該補助レンズとの間の空気間隔である。
【請求項１８】前記主レンズ群、前記３つの補助レン
ズ、前記３つの偏光ビームスプリッタ、前記２つのダイ
クロイックミラー、及び前記１つまたは２つの平面ミラ
ーを１つの筐体に収納した、請求項１６に記載の投写レ
ンズ。
【請求項１９】前記２つのダイクロイックミラーの各
反射面と、前記１つまたは２つの平面ミラーの各反射面
とが互いに平行である、請求項１６記載の投写レンズ。
【請求項２０】前記３つの補助レンズの各光軸は同一
平面上にある、請求項１６に記載の投写ンズ。
【請求項２１】前記３つの補助レンズの各光軸は互い
に平行である、請求項２０に記載の投写レンズ。
【請求項２２】前記３つの偏光ビームスプリッタの偏
光分離面が互いに平行である、請求項１６に記載の投写
レンズ。
【請求項２３】前記３つの偏光ビームスプリッタに入
射する光はいずれもＳ偏光である、請求項１６に記載の
投写レンズ。
【請求項２４】前記偏光ビームスプリッタは、枠体と、入射窓または出射窓となる複数の透明基板と、該枠体と該複数の透明基板とを含んで構成される容器中
に充填された透明液体と、該透明液体中に配置された偏光分離面と、を有してお
り、該偏光分離面は、透明板上に誘電体多層膜が積層されて
形成されている、請求項１６に記載の投写レンズ。
【請求項２５】前記透明液体の主成分はエチレングリ
コールである、請求項２４に記載の投写レンズ。
【請求項２６】３原色の色成分を含む読み出し光を放
射する光源と、該光源の放射光を３つの原色光に分解する色分解手段
と、３つの反射型ライトバルブと、スクリーン側から順に、負パワーの第１レンズ群、該第
１レンズ群のパワーよりも弱いパワーの第２レンズ群、
及び正パワーの第３レンズ群を有する主レンズ群と、同
一の特性を有する正パワーの３つの補助レンズと、３つ
の偏光ビームスプリッタであって、該３つの補助レンズ
が該第３レンズ群側の面にそれぞれ近接して配置または
接合された透明プリズムである、偏光ビームスプリッタ
と、２つのダイクロイックミラーと、１つまたは２つの
平面ミラーと、を有する投写レンズと、該反射型ライトバルブの各々の上に光学像を形成する３
つの光書き込み手段と、を備えた投写型表示装置であっ
て、該色分解手段から出力される該３つの原色光は、該投写
レンズの該３つの偏光ビームスプリッタを介して対応す
る該反射型ライトバルブに入射し、該反射型ライトバルブの各々によって反射される光は、
再び対応する該偏光ビームスプリッタを経て対応する該
補助レンズに入射し、該３つ補助レンズから出射する光は、該１つまたは２つ
の平面ミラーと該２つのダイクロイックミラーとによっ
て１つに合成されて該主レンズ群に入射し、このことにより、該光書き込み手段によって該反射型ラ
イトバルブ上に形成される光学像が該スクリーン上に投
写される、投写型表示装置。
【請求項２７】前記投写レンズが以下の条件を満足す
る請求項２６に記載の投写型表示装置：【数１０】【数１１】【数１２】【数１３】ただし、ｆは全系の合成焦点距離、ｆ_Ｇ１は前記第１レ
ンズ群の合成焦点距離、ｆ_G2は前記第２レンズ群の合成
焦点距離、ｆ_G4は前記補助レンズの合成焦点距離、ｄ_G2
は該第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の空気間
隔、ｄ_G3は該第３レンズ群と該補助レンズとの間の空気
間隔である。
【請求項２８】前記光源から前記偏光ビームスプリッ
タまでの間の光路中に配置された少なくとも１つの前置
偏光子であって、その出射光の照度が、前記反射型ライ
トバルブ上において略最大となるように配置された前置
偏光子を有する、請求項２６に記載の投写型表示装置。
【請求項２９】前記色分解手段と前記偏光ビームスプ
リッタとの間の光路中に配置された３つの前置偏光子で
あって、各前置偏光子の出射光の照度が、対応する該反
射型ライトバルブ上において略最大となるように配置さ
れた前置偏光子を有する、請求項２６に記載の投写型表
示装置。
【請求項３０】前記前置偏光子は、枠体と、入射窓および出射窓となる２つの透明基板と、該枠体と該２つの透明基板とを含んで構成される容器中
に充填された透明液体と、該透明液体中に配置され、透明板上に誘電体多層膜を積
層して形成された少なくとも１つの偏光分離面と、該透明液体中に配置された少なくとも１つの平面ミラー
と、を有する透明プリズムである、請求項２８及び２９
のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項３１】前記透明液体の主成分は、エチレング
リコールである、請求項３０に記載の投写型表示装置。
【請求項３２】前記前置偏光子は２つの偏光分離面と
２つの平面ミラーとを備えており、該偏光分離面と該平
面ミラーとは、前記光源から出射する光の光軸に対して
対称になるように配置されている、請求項３０に記載の
投写型表示装置。
【請求項３３】前記前置偏光子において、前記偏光分離面は入射する光のうち所定の偏光成分を反
射し、前記平面ミラーは該反射された偏光成分を反射し、該偏光分離面は、更に、該平面ミラーによって反射され
た偏光成分を反射し、そのことにより、該反射された偏光成分は、該入射光の
入射した側に進行する、請求項３０に記載の投写型表示
装置。
【請求項３４】前記偏光ビームスプリッタは、枠体
と、入射窓または出射窓となる複数の透明基板と、該枠体と該複数の透明基板とを含んで構成される容器中
に充填された透明液体と、該透明液体中に配置された偏光分離面と、を有してお
り、該偏光分離面は、透明板上に誘電体多層膜が積層されて
形成されている、請求項２６に記載の投写型表示装置。
【請求項３５】前記透明液体の主成分はエチレングリ
コールである、請求項３４に記載の投写型表示装置。
【請求項３６】前記前置偏光子と前記偏光ビームスプ
リッタとは、該前置偏光子から出射する直線偏光が該偏
光ビームスプリッタにＳ偏光として入射するように配置
される、請求項２６に記載の投写型表示装置。
【請求項３７】前記反射型ライトバルブは、透明電極
と、光導電層と、光反射層と、光変調層とを備えてお
り、該光変調層は、該光導電層に書き込まれた画像の照度分
布に応じて偏光特性が変化する、請求項２６に記載の投
写型表示装置。
【請求項３８】前記光変調層の材料は液晶であり、該
光変調層は入射する光の偏光状態を変調することにより
光学像を形成する、請求項３７に記載の投写型表示装
置。
【請求項３９】前記光書き込み手段は、画像形成手段と、該画像形成手段上に形成された光学像を前記反射型ライ
トバルブ上に結像させる画像転写光学手段と、を備えている、請求項２６に記載の投写型表示装置。
【請求項４０】前記３つの補助レンズ、前記３つの反
射型ライトバルブ、及び前記３つの光書き込み手段の各
光軸は同一平面上にあり、互いに平行であり、かつ前記３つの偏光ビームスプリッタの偏光分離面が互
いに平行である、請求項２６に記載の投写型表示装置。