JP2769768B2 - コンデンサレンズ，光源装置及び投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源の出射光を高効率
で集光できる大口径のコンデンサレンズ、コンデンサレ
ンズを用いた高効率光源装置、及び光源装置を用いた投
写型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】高効率
な光源装置が必要な従来技術の一例として液晶パネルを
用いた投写型表示装置について図34により説明する。図
34は例えば特開平１−42687 号公報に開示された装置で
ある。図において、１は光源装置であり、ランプ120 と
反射鏡130 とコンデンサレンズ131 とから構成されてい
る。２は光源装置１から出射される照明光束、14B, 14R
はダイクロイックミラー、11a, 11b, 11c, 11dはミラ
ー、3R, 3G, 3Bは液晶パネル、15はダイクロイックプリ
ズム、４は投写レンズ、５はスクリーンである。

【０００３】次に動作について説明する。光源装置１に
用いられるランプ120 としては、例えばメタルハライド
ランプ，キセノンランプ，ハロゲンランプ等の白色光源
が用いられる。コンデンサレンズ131 の焦点位置にラン
プ120 を配置することにより、平行な照明光束２が得ら
れる。また、反射鏡130 の反射面は典型的には球面であ
り、反射鏡130 の曲率中心をコンデンサレンズ131 の焦
点位置近傍（すなわち、ランプ120 の位置）に設定する
ことにより、コンデンサレンズ131 の照明光束２のパワ
ーは反射鏡130 がない場合に比べて約２倍になることが
公知である。

【０００４】照明光束２は青色光を反射し緑・赤色光を
透過するダイクロイックミラー14B、及び赤色光を反射
し緑・青色光を透過するダイクロイックミラー14R によ
って赤・緑・青の３原色に分解される。赤色光はミラー
11b, 11cによって折り曲げられて液晶パネル3Rに照射さ
れ、青色光はミラー11a, 11dによって折り曲げられて液
晶パネル3Bに照射される。また、緑色光は直接液晶パネ
ル3Gに照射される。液晶パネル3R，3G，3Bには赤，緑，
青の各原色に相当する画像が表示されるが、画像を表示
させる駆動回路については図示を省略している。液晶パ
ネルに形成された画像で変調された光束は赤・青色光を
選択的に反射し、緑色光を選択的に透過する公知のダイ
クロイックプリズム15によって再び１本の光束に合成さ
れて、投写レンズ４により投写光110 に変換され、スク
リーン５上に拡大投写される。

【０００５】上記コンデンサレンズ131 は照明の効率を
上げるために集光角θ（図34参照）を出来るだけ大きく
する必要があった。θを大きくできるレンズ構成として
はランプ120 側を凹面，平面，凸面のいずれかの球面と
し、平行な照明光束２の側を非球面の凸面とする構成が
公知であったが、集光角θは高々40°程度であった。こ
のようなコンデンサレンズの例としては文献（「レーザ
およびオプティクスガイドII」、pp.122-124，日本メレ
スグリオ（株）発行，1989年６月）に開示されている。
また、コンデンサレンズ131 を２〜３枚組のレンズで構
成して集光角θの増加を図る試みもあるが、レンズ全長
の増大によって光源装置が大形化し、レンズ組立が複雑
化して低価格化の障害になる等の問題があった。

【０００６】レンズの色収差を補正する方法として、屈
折率分散が小さい（アッベ数大）凸レンズと、屈折率分
散の大きい（アッベ数小）凹レンズとの組合せによりレ
ンズを構成することが公知である。しかしこのレンズの
欠点として、次のようなものがある。 （１） 凹レンズを使用するため、集光角θが小さくな
る。 （２） 凸レンズに使用する屈折率分散の小さい材料
は、一般に屈折率が低いため、集光角θが大きいレンズ
の設計が困難である。 （３） レンズ長が長くなり、組立てが複雑化する。

【０００７】また、従来の投写型表示装置は以上のよう
に構成されているので、ランプ120の熱によりコンデン
サレンズ131 が割れるなどの問題点もある。

【０００８】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、本発明の１つの目的は、集光角θを従来公知の
コンデンサレンズよりも大きく出来る大口径のコンデン
サレンズ、そのコンデンサレンズを用いた光源装置、及
び投写型表示装置を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、熱によりコンデンサ
レンズが破損することがない光源装置を提供することに
ある。

【００１０】

〔１〕

0.42＜ｒ1 ／ｎｆ＜0.45 18＜｜ｒ2 ／ｎｆ｜ −0.39＜Ｋ1 ＜−0.25 0.11＜△2 ／ｆ＜0.14 〔２〕 0.4 ＜ｒ1 ／ｎｆ＜0.6 −0.5 ＜ｒ2 ／ｎｆ＜−0.3 −0.6 ＜Ｋ1 ＜−0.2 −0.1 ＜ＳＧ2 ／ｆ＜0.1 但し、 ｆ：レンズ全系の焦点距離 ｎ：レンズの屈折率 ｒ1 ：第１面の中心曲率半径 ｒ2 ：第２面の中心曲
率半径 Ｋ1 ：第１面の円錐定数 △2 ：第２面の有効径最周辺における非球面と、中心曲
率半径ｒ2 を有する基準球面との光軸方向の差 ＳＧ2 ：第２面の有効径最周辺における非球面の面中心
に対する光軸方向の差

【００１１】また、第１発明，第２発明のコンデンサレ
ンズにあって、第２面の有効径よりも大きな径の部分を
光軸と直交する平坦面とし、第１面の有効径よりも大き
な径の部分を光軸と直交する平坦面として実装の容易さ
を確保する。

【００１２】本願の第３発明の光源装置は、放電ランプ
と、球面鏡と、上記第１，第２発明のコンデンサレンズ
（ＮＡ≧0.9 ）とにより構成され、球面鏡の曲率中心と
コンデンサレンズの第２面側の焦点位置とを共通点と
し、放電ランプの発光中心をその共通点に配置する。ま
た、コンデンサレンズの第１面に単層の無反射コーティ
ングを施し、第２面に赤外・紫外反射コーティングか赤
外反射コーティングかを施す。

【００１３】本願の第４発明の投写型表示装置は、画像
表示デバイスと、画像表示デバイスを照明する光源と、
画像表示デバイスの表示画像を拡大投写する投写レンズ
とを備え、光源として第３発明の光源装置を適用したも
のである。さらに、放電ランプの電極の方向と、バーナ
部の排気部の方向を画像表示デバイスに対して所定の方
向とすることによって、投写画像の輝度分布の均一化が
図れる。

【００１４】本願の第５発明の光源装置は、ランプと球
面鏡とコンデンサレンズとを備え、コンデンサレンズを
分割しておくことにより、熱膨張によるコンデンサレン
ズの割れを防止するものである。

【００１５】本願の第６発明の光源装置は、ランプと球
面鏡とコンデンサレンズとを備え、熱線のような不要光
スペクトルを除去するための、赤外光, 紫外光を反射す
るコーティングを光入射面側に施すものである。

【００１６】

【作用】第１発明，第２発明のコンデンサレンズは以下
の性能を有する。 〔ａ〕 集光角θを64.2°以上と大きくし、かつ球面収
差を小さくできるので、低収差で高効率な照明光が得ら
れる。 〔ｂ〕 焦点距離に比べて比較的長いバックフォーカス
を確保できる。 〔ｃ〕 ランプ側の面（第２面）の周辺部を凹面にでき
るのでコンデンサレンズへの入射角を低減でき、レンズ
周辺部の透過率を向上できる。また、光源側の面に多層
膜からなるコーティングを施す場合、透過特性の入射角
依存性を低減できる。 〔ｄ〕ランプ側の面（第２面）の有効径の外側を平面と
することで、大きな作動距離を確保できる。また第１面
の有効径の外側を平面とすれば、第２面側の上記平面と
併せてレンズ保持用のフランジが形成できるので実装が
容易となる。

【００１７】第３発明の光源装置によれば、集光角θが
64.2°以上のコンデンサレンズを用いた高効率な照明光
源が実現できる。しかも、コンデンサレンズが単レンズ
なので小型の光源装置が得られる。

【００１８】第４発明の投写型表示装置によれば、画像
表示デバイスを高照度で照明でき、しかも照明光の収差
が小さいので高輝度な投写画像が得られる。しかも、光
源が高効率なので装置の消費電力が小さくて済む。

【００１９】第５発明の光源装置によれば、あらかじめ
コンデンサレンズを分割しているので、その熱膨張によ
る体積変化で生ずる割れを防止できる。

【００２０】第６発明の光源装置によれば、赤外光, 紫
外光を反射するコーティングを光入射面側に施している
ので、熱線のような不要光スペクトルを除去してコンデ
ンサレンズ等の光学部品の熱的な特性劣化を低減する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて詳述する。 実施例１．（大口径コンデンサレンズ） 短アーク長放電ランプ用の大口径コンデンサレンズの特
性に関して集光角（またはＮＡ）以外に考慮すべき主な
仕様は以下の通りである。 （ａ） バックフォーカス，作動距離（ＷＤ）が十分確
保できること。 （ｂ） 所望の照射光束径を満たすこと。 （ｃ） 球面収差が小さく、小さな共役側でアーク長程
度の物体を十分解像できること。 （ｄ） レンズの実装が容易であること。

【００２２】本実施例のコンデンサレンズは、応用例と
して従来技術で説明した液晶投写型表示装置を想定す
る。その際、放電ランプのアーク長は１〜５mmとし、照
射光束径は48〜50mmとして数値実施例を示す。また、レ
ンズのＮＡは0.9 以上の例を示すが、意図的にＮＡを小
さく使用することは公知の絞り等を使うことで容易に実
施可能である。

【００２３】以下、図面を参照しながら本実施例のコン
デンサレンズについて説明する。図１，図２は、後述す
る本実施例１の例１，４に対応するレンズ断面図であ
る。図１には、実施例の説明に必要な各種記号も併記し
た。図１において、Ｓ1 は大きな共役側の面（第１面）
であり、Ｓ2 は小さな共役側（放電ランプ側）の面（第
２面）である。ｄ1 はコンデンサレンズレンズ131 の中
心厚である。Ｓi は放電ランプのアークであり、図では
光軸と直交する方向に５mmの長さを想定して描いてい
る。Ｄ1, Ｄ2 は各々第１面Ｓ1,第２面Ｓ2 の有効径を
示し、破線で示したように小さな共役側の軸上からＳ2
面の直径Ｄ2 以内の領域に入射した光線は、Ｓ1 面の直
径Ｄ1 以内の領域から平行な照明光束２として出射す
る。θは最大集光角で、コンデンサレンズの開口数（Ｎ
Ａ）はθを用いて（１）式で定義する。 ＮＡ＝ｓｉｎ（θ） ……（１）

【００２４】132 は第２面Ｓ2 上で有効径Ｄ2 の外側に
設けた平坦面である。第１面Ｓ1 の有効径Ｄ1 の外側に
も平坦部143 を設け、平坦部132, 143によってフランジ
133をコンデンサレンズ131 に一体的に形成している。
フランジ133 は、実施例２及び実施例３に関連して後述
するように、コンデンサレンズ131 の保持を容易にする
のに用いられる。ｄ2 は第２面Ｓ2 の中心からアークＳ
i の中心までの距離（バックフォーカス）、ＷＤは平坦
面132 からアークＳi までの距離（作動距離）である。
２はアークＳi の中心から最大集光角θで出射しコンデ
ンサレンズ131で平行化された平行照明光束である。な
お、平坦面132, 143は特に鏡面でなくてもよく、スリ硝
子状もしくは不要光防止用に表面に黒色塗料を塗布した
状態でもよい。

【００２５】第１面Ｓ1 は凸の非球面であり、第２面Ｓ
2 は周辺部が強い凹面の非球面である。レンズ構成とし
て周辺部が凸の構成も考えられるが、周辺が凹面の方が
Ｓ2面周辺に入射する光線の入射角が小さくなるので透
過率が大きくなり、より高効率にできる。数値例で具体
的に示すように、第２面Ｓ2 の中心曲率半径の絶対値
は、第１面Ｓ1 に比べて非常に大きい値を持つので中心
近傍は平面に近く見える。

【００２６】本実施例のレンズ系は前述した仕様（ａ）
〜（ｃ）を達成するために、上記両面非球面単レンズ構
成において、以下の条件式を満足している。 0.42＜ｒ1 ／ｎｆ＜0.45 ……（２） 18＜｜ｒ2 ／ｎｆ｜ ……（３） −0.39＜Ｋ1 ＜−0.25 ……（４） 0.11＜△2 ／ｆ＜0.14 ……（５） 但し ｆ：レンズ全系の焦点距離 ｎ：レンズの屈折率 ｒ1 ：第１面Ｓ1 の中心曲率半径 ｒ2 ：第２面Ｓ2 の中心曲率半径 Ｋ1 ：第１面Ｓ1 の円錐定数 △2 ：第２面Ｓ2 の有効径の端における、非球面と中心
曲率半径ｒ2を有する基準球面との光軸方向の差であ
り、第２面Ｓ2 の周辺部が小さな共役側に曲がる方向を
正とする

【００２７】上記条件式の下限値, 上限値の意味を以下
に説明する。まず、第１面Ｓ1 の中心曲率半径ｒ1 と屈
折率ｎに焦点距離ｆを乗じた値の比を定める（２）式に
おいて、下限値を越えると屈折力が第１面Ｓ1 に偏るの
で、所望の作動距離（ＷＤ），バックフォーカスが得ら
れない。逆に上限値を越えると第２面Ｓ2 で発生する大
きな球面収差を補正しようとしても、軸上付近の球面収
差を補正すると輪帯収差が大きくなり、最大輪帯部分で
許容できないアンダーな球面収差が残留する。この最大
輪帯での球面収差を補正しようとすれば中間輪帯で許容
出来ない大きさの球面収差が残ってしまう。

【００２８】（３）式は第２面Ｓ2 の中心曲率半径ｒ2
と屈折率ｎに焦点距離ｆを乗じた値の比の絶対値を定め
る条件であり、下限を越えると軸上付近の３次球面収差
がアンダーになる。（３）式の条件により第２面Ｓ2 の
中心近傍は平面に近い形状となる。

【００２９】（４）式は高次球面収差を良好に補正する
ための条件で、下限値を越えた場合には軸上付近の球面
収差を補正すると最大輪帯付近で許容出来ない大きさの
オーバな球面収差が発生する。逆に（４）式の上限値を
越えると、軸上付近の球面収差を補正すると最大輪帯付
近で許容できないアンダーな高次球面収差が発生する。

【００３０】（５）式は第２面Ｓ2 （放電ランプ側の
面）の有効径の端における非球面量△2 と焦点距離ｆと
の比を規定する条件である。（５）式の上限値を越える
と、第２面Ｓ2 の有効径周辺部の面傾きが凹面状に大き
くなりすぎるので所望のＮＡが得られない。また、大き
な作動距離（ＷＤ）を確保できなくなる。（５）式の下
限値を越えると、逆に集光角は大きく出来るが、輪帯部
で大きな高次球面収差が発生しその補正が困難になる。

【００３１】次に、本実施例１の具体的な数値実施例を
表１ないし表６に示す。表１ないし表６に記載した記号
の意味は以下の通りである。 ｆ：コンデンサレンズ全系の焦点距離 ＮＡ：第２面Ｓ2 側（小さな共役側）の開口数 β：大きな共役側から光線が入射した場合の基準結像倍率 ＷＤ：作動距離（図１参照） Ｄ1 ：第１面Ｓ1 の有効径（直径） Ｄ2 ：第２面Ｓ2 の有効径（直径） ｎ：レンズ屈折率（ｎ1 ） △2 ：第２面Ｓ2 の有効径端部における非球面量 ｍ：大きな共役側から順次数えた面番号 ｒｉ：大きな共役側から数えて第ｉ番目のレンズ面の中心曲率半径 ｄｉ：大きな共役側から数えて第ｉ番目のレンズ成分の厚み及び空気間隔 ｎｉ：大きな共役側から数えて第ｉ番目のレンズ成分の波長546.1 nm（ｅ線） における屈折率 νｉ：大きな共役側から数えて第ｉ番目のレンズ成分のアッベ数 また、各面の非球面形状は面の中心を原点とし、光軸方
向をＺ軸とした直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、ｒ
を中心曲率半径，Ｋを円錐定数、Ａ4 ，Ａ6 ，Ａ8 ，Ａ
10を各々４次，６次，８次，10次の非球面係数とすると
き、（６）式で表されるものとする。

【００３２】

【数１】

【００３３】このとき△2 は下記（７）式で表される。 △2 ＝Ｚas−Ｚsp ……（７） 但し、Ｚas，Ｚspは第２面Ｓ2 の有効径Ｄ2 を用いて、
下記（８），（９）式にてそれぞれ与えられる。

【００３４】

【数２】

【００３５】（例１） 実施例１の例１における数値データを表１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】硝材としてはＦＤ１３（ＨＯＹＡ（株）
製）を使用した。図３は波長546.1 nm（ｅ線）における
小さな共役側の近軸像面におけるスポットダイアグラム
で、各×点が１本の光線に対応している。計算には312
本の光線を追跡した。

【００３８】例１では、十分球面収差が補正されている
ので、ＮＡ＝0.917 （θ＝66.5°）と大口径であるにも
かかわらず、0.5 mm程度のスポット径が得られている。
従って、１〜５mm程度の物体（アーク長）を十分解像で
きるので、第２面Ｓ2 側から光線が入射した場合には、
アーク長から決まる限界に近い低収差の平行な照明光束
２が得られる。

【００３９】（例２） 実施例１の例２における数値データを表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】硝材としてはＦＤ４（ＨＯＹＡ（株）製）
を使用した。本例２では例１と光束径（Ｄ1 ）は同程度
で、より大きなＮＡが得られる。

【００４２】（例３） 実施例１の例３における数値データを表３に示す。

【００４３】

【表３】

【００４４】硝材としてはＦＤ１４（ＨＯＹＡ（株）
製）を使用した。本例３では例１よりも大きなＮＡが得
られる。

【００４５】（例４） 図２は実施例１の例４の断面図を示す。また、本例４に
おける数値データを表４に示す。

【００４６】

【表４】

【００４７】硝材としてはＦＤ６（ＨＯＹＡ（株）製）
を使用した。本例４では例１より光束径（Ｄ1 ）は１mm
程小さいが、ＮＡの増加が大きい。

【００４８】（例５） 実施例１の例５における数値データを表５に示す。

【００４９】

【表５】

【００５０】硝材としてはＦＤ６（ＨＯＹＡ（株）製）
を使用した。本例５では例１より光束径（Ｄ1 ）は１mm
程小さいが、ＮＡは例４よりもさらに大きい。

【００５１】（例６） 実施例１の例６における数値データを表６に示す。

【００５２】

【表６】

【００５３】硝材としてはＮｂＦＤ１３（ＨＯＹＡ
（株）製）を使用した。本例６では例１より光束径（Ｄ
1 ）は１mm程小さいが、ＮＡの増加が大きい。

【００５４】図４，図５，図６，図７，図８，図９は、
実施例１のそれぞれ例１，例２，例３，例４，例５，例
６に対応する小さな共役側の近軸像面における収差図で
ある。球面収差図は（ＷＬ１＝610 nm, ＷＬ２＝546.1
nm, ＷＬ３＝470 nm）の３波長について示し、非点収差
は546.1 nm（ｅ線）について示している。また、非点収
差はアーク長５mmのランプを想定して最大像高2.5 mmと
して計算した。各収差図における球面収差，非点収差は
十分実用可能な良好な値である。

【００５５】実施例２．（光源装置） （例１） 実施例１における大口径コンデンサレンズを用いて、小
型で高効率な照明用光源装置を構成することができる。
図10は実施例２の例１における光源装置の構成図であ
り、131 はコンデンサレンズ、143 はコンデンサレンズ
131 の第１面Ｓ1の有効径の外周に形成された第１の平
坦部、132 はコンデンサレンズ131 の第２面Ｓ2 の有効
径の外周に形成された第２の平坦部、133 は第１の平坦
部143 と第２の平坦部132 とに挟まれたフランジ部であ
り、コンデンサレンズ131 と一体に形成されている。

【００５６】120 は放電ランプであり、実際にはメタル
ハライドランプ, キセノンランプ等が使用される。121
はランプ120 の電極、122 は電極121 を封止するシャフ
ト部でありガラス材料より成る。123 はランプ120 のバ
ーナ部で、ガラス, 透光性セラミック材等から作られて
おり、内部の空洞には発光に必要な各種のガス，元素が
封入され、一対の電極121 間の放電ギャップ124 での放
電により所望の発光スペクトルが得られる。ランプ120
はコンデンサレンズ131 の第２面Ｓ2 側に位置し、放電
ギャップ124 が実施例１（図１，図２）における小さな
共役側の像面Ｓi に相当し、かつ、シャフト部122 がコ
ンデンサレンズ131 の光軸（一点鎖線）と直交するよう
に配置されている。

【００５７】130 は反射鏡であり、凹面側の面144 が鏡
面に仕上げられて反射コーティングが施されている。13
7 は反射鏡130 の有効径の外周部に設けられたフランジ
部である。反射鏡130 は、典型的には凹面144 の曲率中
心が放電ギャップ124 の中心（発光中心）に位置するよ
うに配置されている。134 は第１の支持板、138 は第２
の支持板、135 は第１の止め具、139 は第２の止め具、
136 は第１のビス、142 は第２のビスである。

【００５８】次に、本例１の動作について説明する。ラ
ンプ120 は公知のように一対の電極121 間で放電をおこ
す回路（図示せず）で駆動され、放電のアークによって
バーナ部123 内が熱せられて発光する。ランプ120 が交
流駆動される場合、アークは放電ギャップ124 の部分で
電極121 の方向に線状に生ずる。放電ギャップ124 の中
心はコンデンサレンズ131 の第２面Ｓ2 側の焦点位置に
置かれており、放電ギャップ124 の中心部より出射して
直接コンデンサレンズ131 に入射する光束はコンデンサ
レンズ131 を透過して平行な照明光束２に変換される。

【００５９】一方、放電ギャップ124 の中心部より出射
して反射鏡130 に入射する光束は、凹面144 の曲率中心
が放電ギャップ124 の中心に合わせられているので、凹
面144 で反射された後、同一経路を逆進し、再び放電ギ
ャップ124 の中心に集光され、コンデンサレンズ131 に
入射する。凹面144 の反射率を所望の波長域において10
0 ％近くに設定することにより、コンデンサレンズ131
からの出射パワーは反射鏡130 がない場合に比べて約２
倍になる。反射鏡130 の有効径を決めるに当たり、凹面
144 の有効反射領域がコンデンサレンズ131 の最大集光
角θできまる領域以上となるようにすると、最大限の光
束を照明光束２に変換できる。

【００６０】反射鏡130 の凹面144 の曲率半径は、光源
装置１全体を小型化する点では小さい方がよいが、短く
するに従って、アーク長の端部の結像に関して非点収差
が大きくなり、またランプ120 のシャフト部122 に対す
る配置余裕を確保する上で好ましくない。本発明者は光
線追跡により光源装置１全体の収差特性を解析した結
果、凹面144 の曲率半径は実施例１のコンデンサレンズ
と組み合わせる場合、コンデンサレンズ131 の第１面Ｓ
1 の有効径Ｄ1 の１／２以上にするのが適当であること
を見いだした。

【００６１】コンデンサレンズ131 は、有効径の外側に
一体的に設けられたフランジ133 により固定される。図
10の例では、第２面Ｓ2 側に配置された支持板134 に平
坦面132 を押し当てて位置決めし、止め具135 を平坦面
143 に押し当てながらビス136 で支持板134 に固定する
ことでコンデンサレンズ131 を保持している。反射鏡13
0 は、外周部に一体的に設けられたフランジ137 を支持
板138 に押しつけ、フランジ137 の反対側に止め具139
を押し当てた状態でビス142 により支持板138に固定す
ることで保持されている。

【００６２】なお、第１の支持板134 はランプ120 から
出射する光線をコンデンサレンズ131 の第２面Ｓ2 に入
射させるために中心部に穴があけられている。また、第
２の支持板138 もランプ120 から出射する光線を凹面14
4 に入射させるために中心部に穴があけられている。

【００６３】コンデンサレンズ131 の第１，第２面Ｓ1,
Ｓ2 には、必要に応じて無反射コーティング（例：38
0 〜780 nmの波長帯域を透過），紫外・赤外光反射コー
ティング（例：400 nm以下，700 nm以上の波長帯域を反
射），赤外光反射コーティング（例：700 nm以上の波長
帯域を反射）が施されている。これらコーティングの種
類と、コーティングを施す面とは、照明の用途に応じて
決められるが、用途によっては特にコーティングがなく
てもよい。一例として、図34に示した液晶投写型表示装
置の光源装置１として用いる場合のコーティングについ
て以下に述べる。

【００６４】液晶投写型表示装置では、光源装置１は可
視光全域にわたる白色光を出射する必要がある。また、
液晶パネル3R, 3G, 3Bは赤外線（熱線）及び紫外線によ
る特性劣化がおこるので、可視光以外の光線は極力照射
光から除去する必要がある。コンデンサレンズ131 の面
に紫外・赤外光反射コーティング，赤外光反射コーティ
ングを施すと、照明光束２に含まれる熱線を低減するの
に有効である。公知の通り、上記コーティングは多層薄
膜により構成する必要があるが、透過特性の入射角依存
性が問題となる。しかし、コンデンサレンズ131 の第２
面Ｓ2 は周辺が凹面であり入射角の増加を抑えられるの
で、従来の平面入射のコンデンサレンズ（図34）に比べ
て透過特性の均一性を改善できる。このために、紫外・
赤外光反射コーティングもしくは赤外光反射コーティン
グは第２面Ｓ2 に施すのが適当である。

【００６５】また、第１面Ｓ1 は周辺部の入射角が大き
くなる傾向があるので、単層の無反射コーティングを施
すことにより分光透過率の入射角依存性の影響を最小限
に抑えることができる。凹面144 には、Ａｌ，Ａｕ等の
高反射金属薄膜をコーティングするか、赤外・紫外光を
透過するコーティングもしくは赤外光を透過するコーテ
ィングを施すことにより照明光束２に含まれる不要光ス
ペクトルを低減できる。

【００６６】（例２） 例１では、放電ギャップ124 の中心にコンデンサレンズ
131 の焦点と凹面144の曲率中心とを一致して配置する
構成について述べた。しかしランプ120 として直流点灯
するキセノンランプを使用する場合には、以下に述べる
構成とするのがより好適である。公知のように、直流駆
動型のキセノンランプは、陽極側と陰極側との電極構造
が非対称であり、一般に陰極側が細く陽極側が太くなっ
ている。そして、陰極の先端近傍が非常に小さな点光源
状に発光することが知られている。一例として、オスラ
ム社（ドイツ）のＸＢＯ２５００Ｗ型の電極間の発光輝
度分布を図12に示す。本例では電極間隔が６mm程度ある
にも関わらず、大部分の光エネルギーは陰極121Cの先端
部の直径約0.5 mm以下の部分に集中していることがわか
る。

【００６７】このように直流駆動型のキセノンランプで
は発光点が陰極先端部に局在しているので、この発光点
を光源装置の光軸上に合わせて配置することにより、出
射光の進行方向を光軸にあわせることができる。図11は
以上の事柄を考慮した実施例２の例２における光源装置
の配置を示す。図11において、120 は放電ランプとして
のキセノンランプ、121A, 121Cは各々キセノンランプ12
0 の陽極，陰極である。その他の構成要素については図
10と同様である。

【００６８】図11において陰極121Cの先端部がコンデン
サレンズ131 の光軸（一点鎖線で示した）上でかつ焦点
位置に配置されている。また、凹面144 の曲率中心も陰
極121Cの先端部に合わせて配置されている。このように
配置することにより、出射された照明光束２の進行方向
を厳密にコンデンサレンズ131 の光軸に合わせることが
できるので、本光源装置を図34の液晶投写型表示装置の
光源装置１等に応用すると設置が容易になる。なお図11
は放電ランプが陰極121Cと陽極121Aとを備えたキセノン
ランプ120 になったこと以外は図10の実施例と同様なの
で、動作説明を省略する。

【００６９】実施例３．（投写型表示装置） 実施例２における光源装置を、図34に示した従来の液晶
投写型表示装置の光源装置１に置き換えれば、高輝度な
液晶投写型表示装置を実現できる。これは、実施例１に
関連して述べたように、光源から出射した光束をＮＡ≧
0.9 という大口径のコンデンサレンズで効率よく照射で
きることが第１の理由である。また、第２の理由として
は、照明光の収差が極めて小さいので、投写レンズ４に
高効率に光束を入射できることがあげられる。

【００７０】従来より、小口径の非テレセントリックレ
ンズを投写レンズ４として使用するために、液晶パネル
3R, 3G, 3Bの近傍に集光レンズ（図示せず）を配置し、
投写レンズ４の入射瞳（図示せず）への光束の入射効率
を改善する手法も行われている。実施例２の光源装置
は、このような、液晶パネル近傍に集光レンズを配置す
る投写型表示装置の構成に適用しても、高輝度な投写画
像が得られる。これは、照明光束２の収差が小さいので
集光レンズによって投写レンズの入射瞳上に非常に小さ
な光源像を結像できることにより投写レンズ４の透過光
束を最大限に増加できるからである。

【００７１】ランプ120 の配光特性によって液晶パネル
の画面の方向とランプの姿勢により投写画像の輝度均一
性が変化する。これについて図13により説明し、最適な
ランプの配置法について図14により説明する。図13
（ａ）はランプ120 の電極121 回りの回転角ψ，電極方
向からの傾き角θの定義図である。この２種類の角度
θ，ψに対して、ランプ120 の配光特性は図13（ｂ），
図13（ｃ）の如く変化する。すなわち、θ方向の角度変
化に対しては電極方向にて光度が最小になり、電極と直
交する方向にて光度が最大になる。

【００７２】また、ψ方向の角度変化に対しては基本的
には光度変化が殆どない。但し、ランプ120 のバーナ部
123 には製造工程において排気部125 （バーナ内部の空
気を排気してガラス材料を融着した部分であり、バーナ
の側面にある場合が多い）が形成されており、ψ方向の
うち排気部125 に相当する方向では光度が低下する傾向
がある。

【００７３】以上のランプ120 の配光特性を勘案すれ
ば、図34に示した投写型表示装置に実施例２の光源装置
を適用する場合のランプ配置を、投写画像の輝度分布を
均一にするという観点で最適化できる。以下、図14によ
り最適なランプ配置について説明する。

【００７４】３は投写型表示装置の液晶パネルの表示画
面を示しており、説明の便宜上１個の画面のみを示して
いる。3H，3Vは各々矩形画面３の長辺，短辺を示してい
る。（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は直交座標系であり、Ｚはコンデン
サレンズ131 の光軸方向を向いており、Ｘ，Ｙは長辺3
H，短辺3Vの方向を向いている。図のように、電極121と
短辺3Vとを同一のＹ方向に向けることにより、ランプ12
0 の配光特性上照度むらが生じる方向（図13のθ方向）
を短辺方向に合わせることができ、長辺方向3Hの方向は
光度むらの小さいψ方向に相当するので照度むらを小さ
くできる。よって、投写画像の輝度むらが小さくでき
る。

【００７５】仮にこの配置とは逆に、電極121 の方向を
長辺3Hの方向（Ｘ方向）に合わせた場合、光度変化の大
きいθ方向が長辺3H方向に相当することになるので、液
晶パネル３上の照度むら、したがって投写画像の輝度む
らが上記の最適配置よりも大きくなる。また、ランプ12
0 の電極121 回りの設定によって排気部125 がＸ方向
（または−Ｘ方向）に位置するように配置することによ
って、排気部125 による光度低下の影響を最小限に抑え
ることができるので、より投写画像の輝度むらを小さく
できる。

【００７６】以上の実施例は、実施例２による光源装置
を液晶投写型表示装置に適用した例について説明した。
これ以外にも照明用光源装置を応用する機器としては、
スライドプロジェクタ，マイクロフィルム読みとり装
置，探照灯，自動車のヘッドライト等が公知である。実
施例２による光源装置はこれらの機器に適用しても高効
率・低電力な機器が実現できることもちろんである。

【００７７】実施例４．（大口径コンデンサレンズ） 実施例１では、比較的高屈折率（ｎ＞1.7)の硝材を用い
たＮＡ≧0.9 の大口径コンデンサレンズについて開示し
た。しかし、実験の結果、ランプの消費電力が大きい
（＞200 Ｗ）放電ランプを用いて光源装置を構成する
と、冷却条件によってはレンズが割れる場合もあるとい
うことが見いだされた。そこで、耐熱性に優れた硝材
（コーニング社製７７４０）を用いてレンズ設計を行っ
た。本硝材はｄ線での屈折率が1.47と低いので、実施例
１よりもＮＡ≧0.9 の実現は一層困難であるが、今回大
口径化できる条件を見出した。しかも、実施例１の硝材
に比べてアッベ数が1.6 〜2.6 倍大きいので、原理的に
軸上色収差が小さくなり照明光の色ムラを低減できる。

【００７８】本実施例４では、実施例１において考慮し
た（ａ）〜（ｄ）の仕様に加えて、以下の（ｅ）の仕様
も特に考慮している。（ｅ）レンズ材料の耐熱性が十分
あり、発光時に高温になる放電ランプに近接配置しても
レンズの割れが起こらないこと。

【００７９】実施例４のコンデンサレンズは、応用例と
して従来技術で説明した液晶投写型表示装置を想定す
る。その際、放電ランプのアーク長は１〜５mmとし、照
射光束径は91〜94mm（または48〜51mm）として数値実施
例を示す。また、レンズのＮＡは0.9 以上の例を示す
が、意図的にＮＡを小さく使用することは公知の絞り等
を使うことで容易に実施可能である。

【００８０】以下、図面を参照しながら本発明のコンデ
ンサレンズについて説明する。図15，図17，図19，図21
は、後述する本実施例４の例１，４，６，７に対応する
レンズ断面図である。図15には、実施例の説明に必要な
各種記号も併記した。図15における各種記号は、ＷＤが
第２面Ｓ2 の小さな共役側の最も突出した点からアーク
Ｓi までの光軸方向距離（作動距離）である点を除け
ば、図１（実施例１）と同じであり、また開口数（Ｎ
Ａ）の定義も実施例１と同じ（式（１））である。

【００８１】第１面Ｓ1 は凸の非球面であり、第２面Ｓ
2 は周辺部が凹面の非球面である。レンズ構成として周
辺部が凸の構成も考えられるが、周辺が凹面の方がＳ2
面周辺に入射する光線の入射角が小さくなるので透過率
が大きくなり、より高効率にできる。数値例で具体的に
示すように、比較的低屈折率の材料でレンズを構成する
ので第２面Ｓ2 の中心曲率半径の絶対値は第１面Ｓ1 の
曲率半径と同程度以下の値が必要で、中心部が凸面状と
なっている。

【００８２】実施例４のレンズ系は前述した仕様（ａ）
〜（ｃ）を達成するために、両面非球面単レンズ構成に
おいて以下の条件式を満足している。 0.4 ＜ｒ1 ／ｎｆ＜0.6 ……（10） −0.5 ＜ｒ2 ／ｎｆ＜−0.3 ……（11） −0.6 ＜Ｋ1 ＜−0.2 ……（12） −0.1 ＜ＳＧ2 ／ｆ＜0.1 ……（13） 但し、 ｆ：レンズ全系の焦点距離 ｎ：レンズの屈折率 ｒ1 ：第１面の中心曲率半径 ｒ2 ：第２面の中心曲率半径 Ｋ1 ：第１面の円錐定数 ＳＧ2 ：第２面の有効径最周辺における非球面の面中心
に対する光軸方向の差で、第２面周辺部が小さな共役側
に曲がる方向を正とする

【００８３】上記条件式の下限値, 上限値の意味につい
て、以下に説明する。まず、（10）, （12）式における
意味は、実施例１の（２），（４）式とそれぞれ同じで
あるので説明を省略する。

【００８４】（11）式では、上限値を越えると軸上付近
の３次球面収差がアンダーになる。また、下限値を越え
ると軸上付近の３次球面収差がオーバーになり非球面項
によってこれが制御できなくなる。

【００８５】（13）式は、第２面Ｓ2 （ランプ側の面）
の有効径の端における非球面の面中心を基準とした光軸
方向位置ＳＧ2 と焦点距離ｆとの比を規定する条件であ
る。（13）式の上限値を越えると、第２面の有効径周辺
部の面傾きが凹面状に大きくなりすぎるので所望のＮＡ
が得られない。また、大きな作動距離（ＷＤ）を確保で
きなくなる。（13）式の下限を越えると、逆に集光角は
大きくできるが、輪帯部で大きな高次球面収差が発生し
その補正が困難になる。

【００８６】次に、実施例４における各数値実施例を示
す。数値実施例を示す表７〜表15に記載した記号の意味
は、以下に示す通りである。ＷＤ：作動距離（図15参
照）ＳＧ2 ：第２面の有効径端部における非球面の面中
心に対する光軸方向位置なお上記以外の記号の意味は実
施例１に同じであり、また、各面の非球面形状も実施例
１と同様に表される（（６）式参照）。また、ＳＧ2 は
以下の（14）式で表される。 ＳＧ2 ＝Ｚas ……（14） 但し、Ｚasは前記（８）式で示される

【００８７】（例１） 図15は実施例４の例１におけるコンデンサレンズの断面
図を示す。また本例１の数値データを表７に示す。図16
は波長546.1 nm（ｅ線）における小さな共役側の近軸像
面におけるスポットダイアグラムで、各×点が１本の光
線に対応している。計算には約300 本の光線を追跡し
た。十分球面収差が補正されているので、ＮＡ＝0.917
（θ＝66.5°）と大口径であるにもかかわらず、0.5 mm
以下のスポット径が得られている。従って、１〜５mm程
度の物体（アーク長）を十分解像できるので、第２面Ｓ
2 側から光線が入射した場合にはアーク長から決まる限
界に近い低収差の平行な照明光束２が得られる。

【００８８】

【表７】

【００８９】（例２） 実施例４の例２における数値データを表８に示す。本例
２では例１とＮＡは同じであってでやや大きな光束径Ｄ
1 が得られる。

【００９０】

【表８】

【００９１】（例３） 実施例４の例３における数値データを表９に示す。

【００９２】

【表９】

【００９３】（例４） 図17は実施例４の例４におけるコンデンサレンズの断面
図を示す。また本例４の数値データを表10に示す。図18
は波長546.1 nm（ｅ線）における小さな共役側の近軸像
面におけるスポットダイアグラムで、各×点が１本の光
線に対応している。計算には約300 本の光線を追跡し
た。十分球面収差が補正されているので、ＮＡ＝0.917
（θ＝66.5°）と大口径であるにもかかわらず、0.05mm
程度のスポット径が得られている。従って、１〜５mm程
度の物体（アーク長）を十分解像できるので、第２面Ｓ
2 側から光線が入射した場合にはアーク長から決まる限
界に近い低収差の平行照明光束２が得られる。本例４は
例１〜３に比べて焦点距離が短く、照明光束径Ｄ1 が50
mmと小さくなっている。

【００９４】

【表１０】

【００９５】（例５） 実施例４の例５における数値データを表11に示す。本例
５は例４と同等の仕様である。

【００９６】

【表１１】

【００９７】（例６） 図19は実施例４の例６におけるコンデンサレンズの断面
図を示す。また本例６の数値データを表12に示す。図20
は波長546.1 nm（ｅ線）における小さな共役側の近軸像
面におけるスポットダイアグラムで、各×点が１本の光
線に対応している。計算には約300 本の光線を追跡し
た。十分球面収差が補正されているので、ＮＡ＝0.908
（θ＝65.2°）と大口径であるにもかかわらず、0.4 mm
程度のスポット径が得られている。従って、１〜５mm程
度の物体（アーク長）を十分解像できるので、第２面Ｓ
2 側から光線が入射した場合にはアーク長から決まる限
界に近い低収差の平行な照明光束２が得られる。

【００９８】

【表１２】

【００９９】（例７） 図21は実施例４の例７におけるコンデンサレンズの断面
図を示す。また本例７の数値データを表13に示す。本例
７では例１〜６に比べてＳＧ2 が正の大きな値となって
おり、図21より第２面Ｓ2 の周辺部が像面側にとび出し
ていることがわかる。

【０１００】

【表１３】

【０１０１】（例８） 実施例４の例８における数値データを表14に示す。本例
８は例７とほぼ同等の仕様である。

【０１０２】

【表１４】

【０１０３】（例９） 実施例４の例９における数値データを表15に示す。本例
９では類似仕様の例４〜８に比べて最も大きな作動距離
ＷＤを確保出来ている。

【０１０４】

【表１５】

【０１０５】図22〜図30は実施例４のそれぞれ例１〜例
９に対応する小さな共役側の近軸像面における収差図で
ある。球面収差図は（ＷＬ１＝610 nm，ＷＬ２＝546.1
nm，ＷＬ３＝470 nm）の３波長について示し、非点収差
は546.1 nm（ｅ線）について示している。また、非点収
差はアーク長５ｍｍのランプを想定して最大像高2.5mm
として計算した。各収差図における球面収差，非点収差
は十分実用可能な良好な値である。なお、図17, 図19,
図21では例１を示す図15に記載したフランジ部133 を省
略したが、図15と同じくレンズ外周にフランジ部133 を
設ければ、レンズのマウントに利用できることは言うま
でもない。

【０１０６】実施例５．（光源装置） 実施例４の大口径コンデンサレンズを用いて、小型で高
効率な照明用光源装置を構成することができる。図31は
このような実施例５の光源装置の構成図である。図31に
おいて、図10（実施例２）と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略する。なお、実施例５においても、
実施例２と同様に、コンデンサレンズ131 及び反射鏡13
0 はフランジ部133, 137を適当な支持板に押しあてる等
の方法で固定されているが、この詳細な構造については
説明を省略する。

【０１０７】また、本実施例５の動作は前述した実施例
２の動作と同様であるので、その説明は省略する。

【０１０８】実施例５においても実施例２と同様に、凹
面144 の曲率半径は実施例４のコンデンサレンズと組み
合わせる場合、コンデンサレンズ131 の第１面の有効径
Ｄ1の１／２以上にすることが適当である。また、実施
例２と同様に、コンデンサレンズ131 の面Ｓ1 ，Ｓ2 に
は必要に応じて無反射コーティング，紫外・赤外光反射
コーティング，赤外光反射コーティグを施しておくとよ
い。図34の液晶投写型表示装置の光源装置１として実施
例５の光源装置を用いた場合のコーティングの例は、実
施例２と同じである。

【０１０９】実施例６．（投写型表示装置） 実施例５の光源装置（図31）を、従来の液晶投写型表示
装置を示す図34の光源装置１に置き換えれば、実施例３
と同様に、高輝度な液晶投写型表示装置が実現できる。
なお、高輝度な液晶投写型表示装置を実現できる理由，
原理及びその光源装置の適用例等は、実施例３と全く同
様であるので、その説明は省略する。

【０１１０】実施例７. （光源装置） 図32は実施例７の光源装置の構成を示す図である。コン
デンサレンズ131 はランプ120 の輻射熱により高温とな
る。コンデンサレンズ131 は一般にガラス材料が使用さ
れる。ガラスは熱伝導率が低いためコンデンサレンズ13
1 全体が一様な温度とならず、入射面側が最も高温とな
り出射面側に向かって低温となる。熱膨張による体積変
化が入射面側と出射面側で異なるためレンズが歪み、歪
みの限界を越えると割れて破損する。しかし、本発明者
の実験によると、一度割れたコンデンサレンズ131 は破
断面で歪みが吸収されるため、さらに割れが進行するこ
とはなかった。そこで本実施例７はコンデンサレンズ13
1 を予め２つ以上に分割して構成することにより、熱膨
張で生ずる歪みを分割部で吸収している。

【０１１１】分割面は光軸（図32の１点鎖線）と平行に
することが望ましい。分割面に入射した光は乱反射する
ため、分割面が光軸に平行でない場合、その影が照明ム
ラとなりやすく、投写画像上で輝度ムラとなる。

【０１１２】また、分割は熱膨張差が最も大きくなるレ
ンズの厚い部分、つまりレンズ中心を通る面で分割する
のが最も効果的である。４分割にした例を図32に示した
がこれ以外の分割線つまり中心を通って２分割, ３分割
等の任意の分割線にしてもかまわない。

【０１１３】実施例８. （光源装置） 図33は実施例８の光源装置の構成を示す図である。図33
において、図10と同番号を付した部分は同一部分を示し
ており、131 は実施例１または４に示したコンデンサレ
ンズである。145 はランプ120 から出射される光束のう
ち不要光のスペクトルをカットするためのフィルタであ
る。

【０１１４】なお、本実施例８の動作は前述した実施例
２の動作と同様であるので、その説明は省略する。

【０１１５】実施例８においても実施例２と同様に、コ
ンデンサレンズ131 の面Ｓ1 ，Ｓ2には必要に応じて無
反射コーティング，紫外・赤外光反射コーティング，赤
外光反射コーティグを施しておけばよく、図33では紫外
・赤外光反射コーティングまたは赤外光反射コーティグ
からなるフィルタ145 がコンデンサレンズ131 の第２面
Ｓ2 に施されている。コンデンサレンズ131 の光入射側
の面で赤外線（熱線）を除去することは、熱的な影響に
よる、コンデンサレンズの割れ防止に有効である。な
お、実施例７で述べたように、コンデンサレンズ131 を
複数個に分割すると、より割れ防止に効果的である。

【０１１６】

【発明の効果】以上に詳述したように、第１発明によれ
ば、以下のような優れた特性を有する大口径コンデンサ
レンズが得られる。 （Ａ）単レンズ構成であるにも関わらず、ＮＡ≧0.9 と
大口径でかつ球面収差が小さな、高効率・低収差なコン
デンサレンズが実現できる。 （Ｂ）焦点距離に比べて大きな照射光束径が得られる。 （Ｃ）焦点距離に比べて第２面側に比較的長いバックフ
ォーカスを確保でき、第２面の有効径の外側を平面とす
れば作動距離（ＷＤ）も十分確保できる。また、第１面
の有効径の外側を平面とすることで、第２面側の上記平
面と併せてレンズ保持用のフランジが形成できるので、
レンズ実装が容易になる。 （Ｄ）第２面の周辺部を凹面にできるので、周辺部への
入射角を低減でき、透過率を向上できる。また、光源側
の面に多層膜からなるコーティングを施す場合、透過特
性の入射角依存性の影響を軽減できる。 （Ｅ）単レンズ構成なので、実装時にレンズ間の偏心を
考慮する必要がない。また、公知のガラスモールド法等
でフランジ部を一体的に成形すれば安価に量産可能であ
る。 （Ｆ）単レンズ構成なので、レンズ重量を小さくでき、
しかもレンズ材料による吸収損失も小さくできる。ま
た、組み合わせレンズに比べてレンズ全長も短くでき
る。

【０１１７】また、第２発明によれば、上述の第１発明
の（Ａ）〜（Ｆ）の効果に加えて、以下の効果を奏する
ことができる。 （Ｇ）硝材として耐熱性に優れ、かつ大きなアッベ数の
材料を使用するので、大電力の放電ランプを使用しても
割れるのを防止でき、しかも照明光の色ムラを小さくで
きる。

【０１１８】また、第３発明によれば、第１，第２発明
のコンデンサレンズを用いた小型で高効率な照明用光源
装置を実現できる。しかも単レンズ構成のコンデンサレ
ンズなので光源装置が小型化でき、フランジ部を用いて
レンズ実装も容易に行える。また、光源装置を構成する
凹面鏡の曲率半径をコンデンサレンズの第１面有効径の
１／２以上とすることで、照明光の非点収差を小さくで
き、しかも放電ランプに対する配置余裕を十分確保でき
る。また、コンデンサレンズの第１面に単層の無反射コ
ーティングを施し、第２面に赤外・紫外反射コーティン
グか赤外反射コーティングを施したので、不要なスペク
トル成分を除去しながら高い透過率を確保できる。ま
た、直流駆動されるキセノン放電ランプを用いた場合、
点光源となる放電ランプの陰極先端部にコンデンサレン
ズの焦点と凹面鏡の曲率中心を配置したので、照明光を
コンデンサレンズの光軸に平行に出射できる。

【０１１９】また、第４発明によれば、第３発明による
光源装置を液晶投写型表示装置に適用したので、液晶パ
ネルを高照度かつ低収差な光で照明できる。この結果、
高輝度で消費電力が小さい液晶投写型表示装置を実現で
きる。また、放電ランプの電極方向を液晶パネルの表示
画面の短辺方向に合わせ、さらにバーナの排気部が表示
画面の長辺方向を向くように電極回りのランプ姿勢を設
定することで投写画面の輝度むらを低減できる。

【０１２０】また、第５発明によれば、予めコンデンサ
レンズを分割して構成しているので、分割面で熱膨張に
よるレンズの歪が吸収されるため、割れを防止できる。
また、光軸と平行な面で分割しているので、分割部の影
が発生せず、均一輝度の投写画像が得られる。さらに、
熱膨張差が最も大きくなるレンズ中心を通る線に沿って
分割すれば、その効果が最も高くなる。

【０１２１】また、第６発明によれば、コンデンサレン
ズの入射面側に赤外光または赤外光及び紫外光を反射す
るコーティングを施したので、熱の要因となる不要光ス
ペクトルを除去できるため、熱膨張によるコンデンサレ
ンズの破損を低減できる。しかも液晶パネルの不要スペ
クトルによる劣化を最小限に抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンデンサレンズの断面図である。

【図２】本発明のコンデンサレンズの断面図である。

【図３】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
たスポットダイアグラムである。

【図４】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。

【図５】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。

【図６】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。

【図７】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。

【図８】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。

【図９】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側でみ
た収差図である。

【図１０】本発明の光源装置の構成を示す図である。

【図１１】本発明の光源装置の構成を示す図である。

【図１２】直流駆動型のキセノン放電ランプの輝度分布
の１例を示す図である。

【図１３】放電ランプの配光特性の説明図である。

【図１４】投写画像の輝度むらを低減するための放電ラ
ンプと液晶パネルとの配置を示す図である。

【図１５】本発明のコンデンサレンズの断面図である。

【図１６】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みたスポットダイアグラムである。

【図１７】本発明のコンデンサレンズの断面図である。

【図１８】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みたスポットダイアグラムである。

【図１９】本発明のコンデンサレンズの断面図である。

【図２０】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みたスポットダイアグラムである。

【図２１】本発明のコンデンサレンズの断面図である。

【図２２】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。

【図２３】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。

【図２４】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。

【図２５】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。

【図２６】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。

【図２７】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。

【図２８】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。

【図２９】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。

【図３０】本発明のコンデンサレンズの小さな共役側で
みた収差図である。

【図３１】本発明の光源装置の構成を示す図である。

【図３２】本発明の光源装置の構成を示す図である。

【図３３】本発明の光源装置の構成を示す図である。

【図３４】従来の投写型表示装置の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 光源装置 ３ 画像表示デバイス ４ 投写レンズ 120 ランプ 121 電極 123 バーナ部 124 放電ギャップ 130 反射鏡 131 コンデンサレンズ 145 フィルタ Ｓ1 第１面（大きな共役側の面） Ｓ2 第２面（小さな共役側の面）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ (31)優先権主張番号 特願平4−313261 (32)優先日 平４(1992)11月24日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 19/00

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大きな共役側に位置する第１面が凸面で
   あり、小さな共役側に位置する第２面の周辺部が凹面の
   形状よりなる両面非球面単レンズより構成され、以下の
   条件を満足することを特徴とするコンデンサレンズ。 0.42＜ｒ1 ／ｎｆ＜0.45 18＜｜ｒ2 ／ｎｆ｜ −0.39＜Ｋ1 ＜−0.25 0.11＜△2 ／ｆ＜0.14 但し ｆ：レンズ全系の焦点距離 ｎ：レンズの屈折率 ｒ1 ：第１面の中心曲率半径 ｒ2 ：第２面の中心曲
   率半径 Ｋ1 ：第１面の円錐定数 △2 ：第２面の有効径最周辺における非球面と、中心曲
   率半径ｒ2 を有する基準球面との光軸方向の差で、第２
   面周辺部が小さな共役側に曲がる方向を正とする
2. 【請求項２】 大きな共役側に位置する第１面が凸面で
   あり、小さな共役側に位置する第２面の周辺部が凹面の
   形状よりなる両面非球面単レンズより構成され、以下の
   条件を満足することを特徴とするコンデンサレンズ。 0.4 ＜ｒ1 ／ｎｆ＜0.6 −0.5 ＜ｒ2 ／ｎｆ＜−0.3 −0.6 ＜Ｋ1 ＜−0.2 −0.1 ＜ＳＧ2 ／ｆ＜0.1 但し、 ｆ：レンズ全系の焦点距離 ｎ：レンズの屈折率 ｒ1 ：第１面の中心曲率半径 ｒ2 ：第２面の中心曲
   率半径 Ｋ1 ：第１面の円錐定数 ＳＧ2 ：第２面の有効径最周辺における非球面の面中心
   に対する光軸方向の差で、第２面周辺部が小さな共役側
   に曲がる方向を正とする
3. 【請求項３】 開口数（ＮＡ）が０．９以上であること
   を特徴とする請求項１または２記載のコンデンサレン
   ズ。
4. 【請求項４】 第２面の有効径よりも大きな径の部分を
   光軸と直交した平坦面とすることを特徴とする請求項１
   または２記載のコンデンサレンズ。
5. 【請求項５】 第１面の有効径よりも大きな径の部分を
   光軸と直交した平坦面とすることを特徴とする請求項１
   または２記載のコンデンサレンズ。
6. 【請求項６】 放電ランプと、球面鏡と、請求項１また
   は２記載のコンデンサレンズとを有し、前記球面鏡の曲
   率中心と前記コンデンサレンズの第２面側焦点位置とが
   ほぼ共通点であり、この共通点に前記放電ランプの発光
   中心が配置されていることを特徴とする光源装置。
7. 【請求項７】 前記放電ランプが陽極及び陰極よりなる
   １対の放電電極を備えたキセノン放電ランプであり、前
   記共通点にこのキセノン放電ランプの陰極の放電先端部
   が配置されていることを特徴とする請求項６記載の光源
   装置。
8. 【請求項８】 前記コンデンサレンズの開口数（ＮＡ）
   が０．９以上であることを特徴とする請求項６または７
   記載の光源装置。
9. 【請求項９】 前記コンデンサレンズの第１の面に単層
   の無反射コーティングが施され、第２の面に光学多層膜
   よりなる赤外・紫外反射コーティングか赤外反射コーテ
   ィングかが施されていることを特徴とする請求項６また
   は７記載の光源装置。
10. 【請求項１０】 前記球面鏡の曲率半径をｒとし、前記
    コンデンサレンズの第１の面から出射する光束の直径を
    Ｄ1 としたとき、以下の関係を満足することを特徴とす
    る請求項６または７記載の光源装置。ｒ≧Ｄ1 ／２
11. 【請求項１１】 画像表示デバイスと、該画像表示デバ
    イスを照明する光源装置と、前記画像表示デバイスに表
    示した画像を拡大投写する投写レンズとを備え、前記光
    源装置が、放電ギャップを挟む一対の放電電極及び該放
    電ギャップを内包するバーナを有する放電ランプと、球
    面鏡と、請求項１または２記載のコンデンサレンズとに
    より構成され、前記球面鏡の曲率中心と前記コンデンサ
    レンズの第２面側焦点位置とがほぼ共通点であり、この
    共通点に前記放電ランプの放電ギャップが配置されてい
    ることを特徴とする投写型表示装置。
12. 【請求項１２】 前記画像表示デバイスの表示画面が矩
    形形状であり、前記放電電極はこの表示画面の短辺方向
    に合わせて配置されていることを特徴とする請求項１１
    記載の投写型表示装置。
13. 【請求項１３】 前記放電ランプのバーナの１部に設け
    られた排気部を、前記画像表示デバイスの表示画面の長
    辺方向に合わせるように、前記放電ランプの放電電極回
    りの位置が設定されていることを特徴とする請求項１１
    記載の投写型表示装置。
14. 【請求項１４】 白色光を出射する光源と、球面鏡と、
    請求項１または２記載のコンデンサレンズとを備え、該
    コンデンサレンズが２つ以上に分割されたレンズから構
    成されていることを特徴とする光源装置。
15. 【請求項１５】 前記コンデンサレンズが光軸と平行な
    断面で分割されていることを特徴とする請求項１４記載
    の光源装置。
16. 【請求項１６】 前記コンデンサレンズがレンズ中心を
    通る断面で分割されていることを特徴とする請求項１４
    記載の光源装置。