JP2000009996A

JP2000009996A - 投影光学系

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Publication number: JP2000009996A
Application number: JP10175774A
Authority: JP
Inventors: Kenji Konno; 賢治金野; Kotaro Hayashi; 宏太郎林
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2000-01-14
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: US6231192B1; JP3687353B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】表示パネル(P1〜P3)に表示される画像を
色合成する色合成ミラー(M1,M2)と、ミラー(M1,M2)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(G
r1〜Gr3)と、を設ける。第１群(Gr1)と第２群(Gr2)との
間に、ミラー(M1,M2)に対してねじれの関係の方向に傾
き偏心したガラス平板(GP1)を、非点隔差を補正する補
正部材として配置した。

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5,231,4
31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5,23
1,431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、複数の表示パネルのそ
れぞれに対して傾いて配置され、各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、を有するこ
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、さらに、前記表示パネルの色合成ミ
ラー側直前に、偏心したコンデンサーレンズを有するこ
とを特徴とする。

【００１３】第５の発明の投影光学系は、上記第４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(Gr
1)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(P
1〜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(GP
2)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(U
1)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(C
Y)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,M
2)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(P
1)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(AR
2)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》 [表示パネルの大きさ]=35×21(mm) FNO=3.5 [面] [曲率半径] [軸上面間隔][屈折率] [アッベ数] S0(OB) r0= ∞ d0=845.000 S1 r1= 42.803 d1= 1.400 N1=1.8500 ν1=40.04 S2 r2= 28.930 d2= 19.289 S3 r3= 82.277 d3= 1.400 N2=1.8500 ν2=40.04 S4* r4= 33.300 d4= ------ S5# r5= ∞ d5= 6.326 N3=1.5168 ν3=65.26 S6 r6= ∞ d6= ------ S7# r7= 550.461 d7= 9.702 N4=1.60711 ν4=34.01 S8 r8=-103.841 d8= 80.619 S9(ST) r9= ∞ d9= ------ S10*# r10=868.469 d10=10.962 N5=1.49028 ν5=70.03 S11 r11=-20.987 d11= 6.590 N6=1.84015 ν6=23.66 S12* r12=-31.465 d12=------ S13# r13= ∞ d13= 2.000 N7=1.5168 ν7=65.26 S14 r14= ∞ d14=------ S15# r15= ∞ d15= 2.000 N8=1.5168 ν8=65.26 S16 r16= ∞ d16=------ S17#(IM) r17= ∞

【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＝１．０Ａ＝−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》 [表示パネルの大きさ]=35×21(mm) FNO=3.5 [面] [曲率半径] [軸上面間隔][屈折率] [アッベ数] S0(OB) r0= ∞ d0=845.000 S1 r1= 43.692 d1= 1.200 N1=1.7545 ν1=51.57 S2 r2= 29.309 d2= 18.051 S3 r3= 56.511 d3= 1.200 N2=1.7279 ν2=52.51 S4* r4= 23.350 d4= ------ S5# r5= ∞ d5= 5.123 N3=1.5168 ν3=65.26 S6 r6= ∞ d6= ------ S7# r7= 81.972 d7= 6.675 N4=1.7981 ν4=22.61 S8 r8= 253.744 d8= 79.957 S9(ST) r9= ∞ d9= ------ S10*# r10= 434.664 d10=11.762 N5=1.4883 ν5=70.31 S11 r11= -21.887 d11= 5.146 N6=1.8414 ν6=24.09 S12* r12= -32.115 d12=------ S13# r13= ∞ d13= 2.000 N7=1.5168 ν7=65.26 S14 r14= ∞ d14=------ S15# r15= ∞ d15= 2.000 N8=1.5168 ν8=65.26 S16 r16= ∞ d16=------ S17# r17= 146.129 d17= 9.111 N9=1.5168 ν9=65.26 S18 r18=-142.263 d18=------ S19#(IM) r19= ∞

【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》 [表示パネルの大きさ]=35×21(mm) FNO=3.5 [面] [曲率半径] [軸上面間隔][屈折率] [アッベ数] S0(OB) r0= ∞ d0=845.000 S1 r1= 42.787 d1= 1.100 N1=1.8500 ν1=40.04 S2 r2= 29.468 d2= 18.177 S3 r3= 216.282 d3= 6.690 N2=1.72679 ν2=52.55 S4* r4= 35.696 d4= 29.796 S5 r5(Ｙ方向)=1385.724 r5(Ｘ方向)=∞ d5= 5.187 N3=1.5168 ν3=65.26 S6 r6= ∞ d6= 1.365 S7 r7= 300.184 d7= 13.000 N4=1.6924 ν4=27.01 S8 r8= -97.340 d8= 77.470 S9(ST) r9= ∞ d9= 13.122 S10 r10=171.741 d10= 8.193 N5=1.4932 ν5=69.61 S11 r11=-20.675 d11=10.684 N6=1.7985 ν6=22.60 S12* r12=-32.614 d12=------ S13# r13= ∞ d13= 2.000 N7=1.5168 ν7=65.26 S14 r14= ∞ d14=------ S15# r15= ∞ d15= 2.000 N8=1.5168 ν8=65.26 S16 r16= ∞ d16=------ S17#(IM) r17= ∞

【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

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の表示パネルのそれぞれに対して傾
いて配置され、各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、を有することを特徴とする投影光学
系。
【請求項２】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。
【請求項３】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。
【請求項４】さらに、前記表示パネルの色合成ミラー
側直前に、偏心したコンデンサーレンズを有することを
特徴とする請求項１記載の投影光学系。
【請求項５】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４記載の投影光学系。
【請求項６】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。