JPH11249012A

JPH11249012A - プロジェクター光学系

Info

Publication number: JPH11249012A
Application number: JP10046653A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 宏太郎林; Yasumasa Sawai; 靖昌澤井; Shunta Takimoto; 俊太瀧本; Kenji Konno; 賢治金野
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-17
Also published as: US6315415B1

Abstract

(57)【要約】【課題】反射型表示パネルが小さくても、投影光学系
や照明光学系の大型化や光学性能の低下なしに、インテ
グレータ及び高出力光源の使用を可能にしたプロジェク
ター光学系を提供する。【解決手段】光源(1)，リフレクター(2)，縮小光学系
(OP2)，偏光変換光学系(OP3)で反射型表示パネル(P)を
照明し、投影光学系(OP1)でパネル(P)の表示画像をスク
リーン(S)上に投影するプロジェクター光学系におい
て、投影光学系(OP1)をスクリーン(S)側から順に前群(G
rF)，絞り(A)，後群(GrR)で構成し、その間に照明光を
導光するレンズアレイ方式インテグレータ(3)を設け、
前群(GrF)の角倍率を適正に規定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロジェクター光
学系に関するものであり、更に詳しくは、反射型表示パ
ネル(例えば反射型液晶パネル)の画像をスクリーン上に
投影する投影装置(例えば液晶プロジェクター)用のプロ
ジェクター光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】反射型表示パネルに表示される画像をス
クリーン上に投影するプロジェクター光学系において、
絞り近傍に絞り径の約半分までを占めるように反射ミラ
ーを配置し、その反射ミラーで照明光を反射型表示パネ
ルに導く照明方式が、従来より知られている。図１２
に、そのプロジェクター光学系の概略構成を示す。この
プロジェクター光学系は、前群(GrF)，反射ミラー(M)，
絞り(A)及び後群(GrR)から成る投影光学系と、集光レン
ズ(CL)から成る照明光学系と、を備えている。

【０００３】光源(1)からの光束は、リフレクター(2)で
ほぼ平行光になり、更に集光レンズ(CL)で集光されて光
源像となる。光源(1)，リフレクター(2)，集光レンズ(C
L)及び反射ミラー(M)は、光源像が絞り(A)位置で形成さ
れるように配置されており、これによりケーラー照明が
構成される。光源像は１点に集まっているように図示さ
れているが、実際には所定の大きさをもった像として形
成される。反射ミラー(M)で反射された光束は、後群(Gr
R)を通過した後、色分解・合成プリズム(Pr1)で色分解
されて、反射型表示パネル(P)全域を照明する(図中、一
つの色についてのパネル(P)のみを示す。)。

【０００４】反射型表示パネル(P)には反射型液晶パネ
ルが用いられているので、パネル(P)に対する照明光
は、各画素の表示に応じて選択的に反射される。そして
反射光は、色分解・合成プリズム(Pr1)で合成されて投
影光となり、後群(GrR)通過後、反射ミラー(M)が配置さ
れている絞り(A)位置において、反射ミラー(M)で占めら
れていない残り半分の開口を通過する。絞り(A)位置を
反射ミラー(M)に当たらずに通過した投影光は、前群(Gr
F)を通ってスクリーン(S)上に表示像を形成する。

【０００５】プロジェクターを明るくするためにメタル
ハライドランプ等の高出力光源を光源(1)として用いる
場合には、光源(1)による照明ムラを抑え、また、光源
(1)からの光束をパネル(P)の照明に無駄なく利用するた
めに、インテグレータを使用するのが一般的である。イ
ンテグレータを上記照明方式(図１２)に採用した例は、
特開平９−２４３９９０号公報等で提案されている。そ
のインテグレータは、縦横にレンズが並べられた２枚の
レンズアレイから成るレンズアレイ方式のインテグレー
タである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最近、表示パネルの小
型化にともなって投影光学系も小型化される傾向にあ
り、投影光学系の小型化により絞り径も当然小さくなっ
てきている。また、プロジェクターの照度をアップさせ
るために使用される高出力光源には、径の大きなリフレ
クターが必要とされる。このように絞り径が小さくリフ
レクター径が大きいと、特開平９−２４３９９０号公報
で提案されている照明方式では、絞り(A)位置に配置す
べき第２レンズアレイとリフレクター(2)直後に配置す
べき第１レンズアレイとの径の差が大きくなりすぎて構
成が困難である。背面投影型(リアタイプ)プロジェクシ
ョンテレビでは、投影光学系の焦点距離が短いため絞り
径は小さくなり、したがって特に構成が困難である。

【０００７】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、反射型表示パネルが小さくても、投影
光学系や照明光学系の大型化や光学性能の低下なしに、
インテグレータ及び高出力光源の使用を可能にしたプロ
ジェクター光学系を提供することを目的とする。

【０００８】

【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の発明のプロジェクター光学系は、反射型表示
パネルを照明する照明光学系と、前記反射型表示パネル
に表示される画像をスクリーン上に投影する投影光学系
と、を備えたプロジェクター光学系であって、前記投影
光学系が、スクリーン側から順に前群，絞り及び後群か
ら成るとともに、前記反射型表示パネルに対して照明光
を導光する導光手段を前群と後群との間に備え、更に以
下の条件式を満足することを特徴とする。 0.2≦γF≦0.8 ただし、 γF：前群の角倍率(前群がアフォーカル系でない場合に
は、絞り位置を通過する近軸軸外光線が、スクリーン側
から見て前群に入射する角度に対する、前群から射出す
る角度の比とする。)、である。

【０００９】第２の発明のプロジェクター光学系は、上
記第１の発明の構成において、前記導光手段が第１レン
ズアレイで第２レンズアレイ上に複数の光源像を形成す
るレンズアレイ方式インテグレータであって、その第２
レンズアレイが前記絞りの位置に配置されていることを
特徴とする。

【００１０】第３の発明のプロジェクター光学系は、上
記第１の発明の構成において、更に以下の条件式を満足
することを特徴とする。 -1.5＜φF／φ＜1.0 ただし、 φF：投影光学系の前群のレンズパワー、 φ ：投影光学系全体のレンズパワー、である。

【００１１】第４の発明のプロジェクター光学系は、上
記第１の発明の構成において、前記前群がスクリーン側
から順に負群と正群から成り、その負群がスクリーン側
に凸面を向けた負メニスカスレンズを含む２枚以上の負
レンズで構成されていることを特徴とする。

【００１２】第５の発明のプロジェクター光学系は、上
記第１の発明の構成において、前記導光手段が前記絞り
の近傍に反射面を有することを特徴とする。

【００１３】第６の発明のプロジェクター光学系は、上
記第５の発明の構成において、絞り径の約半分までを占
めるように前記反射面を前記絞りのスクリーン側に配置
することによって、絞りの約半分を前記反射型表示パネ
ルに対する照明光が通過し、残りの約半分をスクリーン
に対する投影光が通過するようにしたことを特徴とす
る。

【００１４】第７の発明のプロジェクター光学系は、上
記第１の発明の構成において、前記導光手段が偏光分離
プリズムであることを特徴とする。

【００１５】第８の発明のプロジェクター光学系は、上
記第１の発明の構成において、前記照明光学系が正レン
ズと負レンズから成る縮小光学系を含み、その正，負レ
ンズの少なくとも一方に非球面を有することを特徴とす
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施したプロジェ
クター光学系を、図面を参照しつつ説明する。なお、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。

【００１７】図１，図３，図１０は、第１，第２，第３
の実施の形態のプロジェクター光学系にそれぞれ対応す
る光学構成図である。各実施の形態共、リアタイプ投影
装置に適したプロジェクター光学系であり、反射型表示
パネル(P)を照明する照明光学系と、反射型表示パネル
(P)に表示される画像をスクリーン(S)上に投影する投影
光学系(OP1)と、を備えている。プロジェクター光学系
を構成している投影光学系(OP1)は単焦点レンズであ
り、ri(i=1,2,3,...)が付された面は拡大側{すなわちス
クリーン(S)側}から数えてi番目の面、riに*印が付され
た面は非球面である。

【００１８】《第１の実施の形態(図１)》第１の実施の
形態は、インテグレータ(3)の反射面(3c)で照明光束を
折り曲げるタイプのプロジェクター光学系である。投影
光学系(OP1)は、スクリーン(S)側から順に前群(GrF)，
絞り(A)及び後群(GrR)から成る(縮小側に)テレセントリ
ックな光学系であって、反射型表示パネル(P)に対して
照明光を導光するインテグレータ(3)を導光手段とし
て、前群(GrF)と絞り(A)及び後群(GrR)との間に備えて
いる。投影光学系(OP1)を構成している前群(GrF)は、ス
クリーン(S)側から順に負群(GrN)と正群(GrP)から成
り、約0.38の角倍率を有するほぼアフォーカルな光学系
である。前群(GrF)を構成している負群(GrN)は、スクリ
ーン(S)側に凸面を向けた負メニスカスレンズを含む２
枚の負レンズと１枚の正レンズとで構成されている。投
影光学系(OP1)の縮小側には色分解・合成プリズム(Pr1)
が配置されており、色分解・合成プリズム(Pr1)で色分
解された各色の光束について反射型表示パネル(P)がそ
れぞれ設けられている(ただし、図中には一つの色につ
いてのパネル(P)のみを示す。)。

【００１９】インテグレータ(3)は、第１レンズアレイ
(3a)で第２レンズアレイ(3b)上に複数の光源像を形成す
るレンズアレイ方式インテグレータであって、第１，第
２レンズアレイ(3a,3b)とその間の反射面(3c)とが一体
に成形された光学部材から成っている。第２レンズアレ
イ(3b)は絞り(A)位置に配置されており、また絞り(A)の
近傍には、反射面(3c)が絞り径の約半分までを占めるよ
うに絞り(A)のスクリーン(S)側に配置されている。この
反射面(3c)によって、絞り(A)の約半分を反射型表示パ
ネル(P)に対する照明光が通過して、残りの約半分をス
クリーン(S)に対する投影光が通過することになる。

【００２０】第１，第２レンズアレイ(3a,3b)の各レン
ズはパネル(P)とほぼ同じアスペクト比を有しており、
また、第１レンズアレイ(3a)の各レンズと反射型表示パ
ネル(P)とは第２レンズアレイ(3b)の各レンズを介して
共役な関係にあるため、パネル(P)は無駄なくムラなく
照明される。なお、縮小された光束に対する第１，第２
レンズアレイ(3a,3b)の各レンズパワーは強く、また、
第１，第２レンズアレイ(3a,3b)の光学的パスは短いの
で、第１，第２レンズアレイ(3a,3b)にはｄ線に対する
屈折率(Nd)が1.7以上の高屈折率材料を用いるのが望ま
しい。

【００２１】前記照明光学系は、正の平凸レンズ(GP)と
負の両凹レンズ(GN)から成る縮小光学系(OP2)と、後述
する偏光変換光学系(OP3)と、で構成されている。縮小
光学系(OP2)は、リフレクター(2)からの平行光をより幅
の狭い平行光に絞り込むための光学系である。良好な平
行光を作るには、正，負レンズ(GP,GN)の少なくとも一
方に非球面を設けて、非球面レンズとするのが望まし
い。その非球面は周辺ほど曲率が緩くなる形状の非球面
であり、本実施の形態に用いている縮小光学系(OP2)で
は両凹レンズ(GN)のリフレクター(2)側の面が非球面で
ある。

【００２２】光源(1)からの光束は、リフレクター(2)で
ほぼ平行光になり、縮小光学系(OP2)で絞り込まれ、偏
光変換光学系(OP3)で偏光変換された後、インテグレー
タ(3)で投影光学系(OP1)内に導光される。インテグレー
タ(3)では、第１レンズアレイ(3a)が平行光を第２レン
ズアレイ(3b)上で結像させるとともに、反射面(3c)が照
明光束を折り曲げる。絞り(A)位置の第２レンズアレイ
(3b)上で光源像となった光束は、後群(GrR)を通過した
後、色分解・合成プリズム(Pr1)で色分解されて反射型
表示パネル(P)全域を照明する。

【００２３】反射型表示パネル(P)に達した照明光は、
各画素の表示に応じて選択的に反射される。反射型表示
パネル(P)に反射型液晶パネルを用いる場合には、反射
型液晶パネルの直前に偏光フィルター{後述する偏光変
換光学系(OP3)で揃える偏光方向と合わせておく。}を配
置することでＬＣＤ(liquid crystal display)パネルと
し、液晶によって偏光面が変換されない光のみを反射さ
せる。反射型表示パネル(P)で反射された光は、色分解
・合成プリズム(Pr1)で合成されて投影光となり、後群
(GrR)通過後、絞り(A)位置においてインテグレータ(3)
で占められていない残り半分の開口を通過する。絞り
(A)位置をインテグレータ(3)に当たらずに通過した投影
光は、前群(GrF)を通ってスクリーン(S)上に表示像を形
成する。

【００２４】リアタイプ投影装置用のプロジェクター光
学系では、投影光学系(OP1)が高画角(すなわち短い焦点
距離)である方が良い。高画角であれば絞り径は小さく
なるが、本実施の形態のように絞り(A)位置から照明光
を入れる照明方式では、絞り径をある程度大きくしなけ
ればならない。本実施の形態では、ほぼアフォーカルな
前群(GrF)の角倍率を小さめにして、後群(GrR)の焦点距
離を大きくすることにより、絞り径をある程度大きくし
ている。絞り径をある程度大きくするためには、以下の
条件式を満足することが望ましい。 0.2≦γF≦0.8 … ただし、 γF：前群(GrF)の角倍率(前群(GrF)がアフォーカル系で
ない場合には、絞り(A)位置を通過する近軸軸外光線
が、スクリーン(S)側から見て前群(GrF)に入射する角度
に対する、前群(GrF)から射出する角度の比とする。)、
である。

【００２５】条件式の下限を超えると、絞り径は大き
くなるので照明光学系の構成は容易になるが、照明光学
系，投影光学系(OP1)とも大きくなってしまう。条件式
の上限を超えると、高画角の投影光学系(OP1)では絞
り径が小さくなるため、照明光学系の構成が困難にな
る。さらに、絞り(A)近傍に反射面を備えた導光手段{本
実施の形態ではインテグレータ(3)}を配置できるように
するため、絞り(A)の前又は後ろに大きな空間を開ける
と、光学性能が急激に悪化してしまう。また、特に高画
角でコンパクトな構成とするためには、次の条件式'
を満足することが望ましい。 0.3≦γF≦0.6 …'

【００２６】前群(GrF)の角倍率γFをある程度小さくし
た場合には、スクリーン(S)側に凸面を向けた負メニス
カスレンズを含む２枚以上の負レンズで負群(GrN)を構
成すれば、良好な性能を得ることができる。角倍率があ
る程度小さく全体として広画角な光学系においては、負
メニスカスレンズのパネル(P)側の面を周辺にしたがっ
て曲率の緩くなる非球面とするのがよい。また、前群(G
rF)がアフォーカルから大きく外れた場合には、前群(Gr
F)のパワーが正に大きくなると照明光学系が大きくな
り、負に大きくなると後群(GrR)が大きくなるので、ア
フォーカルからのずれを規定する次の条件式を満たす
ことが望ましい。 -1.5＜φF／φ＜1.0 … ただし、 φF：投影光学系(OP1)の前群(GrF)のレンズパワー{言い
換えれば、導光位置よりスクリーン(S)側のレンズパワ
ー}、 φ ：投影光学系(OP1)全体のレンズパワー、である。

【００２７】《第２の実施の形態(図３)》第２の実施の
形態は、反射ミラー(M)で投影光束を折り曲げるタイプ
のプロジェクター光学系である。つまり、上述した第１
の実施の形態が絞り(A)近傍のインテグレータ(3)の反射
面(3c)で照明光束を折り曲げる構成を採っているのに対
し、第２の実施の形態は絞り(A)近傍の反射ミラー(M)で
投影光束を折り曲げる構成を採っている点に特徴があ
る。反射面を介さずに第１，第２レンズアレイ(3a,3b)
を通過した照明光束は、投影光学系(OP1)の後群(GrR)を
通過して反射型表示パネル(P)を照明する。パネル(P)で
反射した投影光は、反射ミラー(M)で折り曲げられた
後、前群(GrF)を通過してスクリーン(S)に達する。

【００２８】インテグレータ(3)で照明ムラを効果的に
抑えるためには、各レンズアレイ(3a,3b)の分割数を増
やすとともに各焦点距離も短くして、第１，第２レンズ
アレイ(3a,3b)間隔を短くする必要がある。第１の実施
の形態では、第１，第２レンズアレイ(3a,3b)間に反射
面(3c)を配置するための間隔がある程度必要とされる
が、本実施の形態のように投影光束を折り曲げる構成と
すれば、第１レンズアレイ(3a)から第２レンズアレイ(3
b)までの距離を短くすることができるので、分割数を増
やして照明ムラを効果的に抑えることができる。

【００２９】《第１，第２の実施の形態における偏光変
換》反射型表示パネル(P)として反射型液晶パネル等を
用いた場合、表示に有効な光束は所定の偏光面の光束だ
けである。反対の偏光面を持つ光束は無駄な光束となる
が、以下に説明する偏光変換光学系(OP3)を用いれば、
反対の偏光面を持つ光束が所定の偏光面に変換されるた
め、効率をアップさせることができる。先に述べたよう
に第１，第２レンズアレイ(3a,3b)間隔は狭い方がよい
ので、第１，第２レンズアレイ(3a,3b)間以外の場所に
偏光変換光学系(OP3)を配置することが望ましい。第２
レンズアレイ(3b)のパネル(P)側は投影光学系(OP1)内で
あるため、大きなブロックとなる偏光変換光学系(OP3)
を配置することはできない。しかし、リフレクター(2)
から第１レンズアレイ(3a)までの間であれば配置可能で
ある。その中でも縮小光学系(OP2)と第１レンズアレイ
(3a)との間は、光束の幅が狭くなっているため、偏光変
換光学系(OP3)を配置する上で好適である。第１，第２
の実施の形態のように、縮小光学系(OP2)と第１レンズ
アレイ(3a)との間に偏光変換光学系(OP3)を配置する構
成によれば、小型の偏光変換光学系(OP3)でよく、コス
ト，大きさに関しても有利である。以下に偏光変換光学
系(OP3)の具体例を説明する。

【００３０】〈偏光変換光学系(OP3)の具体例１(図４，
図５)〉具体例１の偏光変換光学系(OP3)は、偏光分離反
射面(R1)を有する偏光分離プリズム(偏光ビームスプリ
ッタ)(Pr2)と、通常の反射面(R2)を有するプリズム(Pr
3)と、１／２波長板(HP)と、で構成されている。縮小光
学系(OP2)で絞られた光束は、偏光分離プリズム(Pr2)で
Ｐ波とＳ波とに分離される。つまり、Ｐ波は偏光分離反
射面(R1)を透過し、Ｓ波は偏光分離反射面(R1)で反射さ
れる。反射されたＳ波は、プリズム(Pr3)の反射面(R2)
で反射されることにより、偏光分離反射面(R1)を透過し
たＰ波と同じ方向に曲げられる。反射面(R2)で反射され
たＳ波は、１／２波長板(HP)を透過してＰ波となる。こ
のようにして照明光束はＰ波に偏光方向が揃えられる
が、１／２波長板(HP)を偏光分離プリズム(Pr2)の射出
面に配置すれば、Ｓ波に偏光方向を揃えることも可能で
ある。つまり、Ｐ波，Ｓ波のどちらか一方の光束通過域
に１／２波長板(HP)を配置すれば、偏光方向を揃えるこ
とができるのである。

【００３１】縮小光学系(OP2)通過後の光束はもともと
円形光束であるが、具体例１の偏光変換光学系(OP3)を
通過すると、図５に示すように２つの円形光束(L2)とな
る。第１，第２の実施の形態においては照明光束が絞り
(A)の約半分までを通過するため、照明光束に対する絞
り(A)の開口は半月状開口(L1)となる。２つの円形光束
(L2)と絞り(A)の半月状開口(L1)との位置・大きさの関
係については、図５に示すように、半月状開口(L1)の長
手方向に対して偏光変換光学系(OP3)による光束分離方
向{２つの円形光束(L2)の並び方向}を一致させるように
するのが好ましい。このようにすれば、光束のケラレが
ほとんどなくなるため、絞り(A)全体を有効に用いるこ
とができる。なお、２つの円形光束(L2)のうち、絞り
(A)の半月状開口(L1)からはみ出している領域の光束
は、実際には第１，第２レンズアレイ(3a,3b)上でカッ
トされるように、第１，第２レンズアレイ(3a,3b)の形
状を決めてもよい。

【００３２】〈偏光変換光学系(OP3)の具体例２(図６，
図７)〉具体例２は、上記具体例１の変形例である。具
体例２の偏光変換光学系(OP3)は、偏光分離反射面(R1)
を２面有する偏光分離プリズム(Pr2)と、通常の反射面
(R2)を１面有する２つのプリズム(Pr3)と、２枚の１／
２波長板(HP)と、で構成されている。縮小光学系(OP2)
で絞られた光束は、偏光分離プリズム(Pr2)でＰ波とＳ
波とに分離されて、Ｐ波は偏光分離反射面(R1)を透過
し、Ｓ波は偏光分離反射面(R1)で左右の偏光分離プリズ
ム(Pr2)に向けて反射される。反射されたＳ波は、各プ
リズム(Pr3)の反射面(R2)で反射されることにより、偏
光分離反射面(R1)を透過したＰ波と同じ方向に曲げられ
る。反射面(R2)で反射されたＳ波は、１／２波長板(HP)
を透過してＰ波となる。

【００３３】縮小光学系(OP2)通過後の光束はもともと
円形光束であるが、具体例２の偏光変換光学系(OP3)を
通過すると、図７に示すように１つの円形光束(L2)及び
２つの半月状光束(L3)となる。これらの光束(L2,L3)と
絞り(A)の半月状開口(L1)との位置・大きさの関係つい
ては、図７に示すように、半月状開口(L1)の長手方向に
対して光束分離方向{光束(L2,L3)の並び方向}を一致さ
せるようにするのが好ましい。このようにすれば、光束
のケラレがほとんどなくなるため、絞り(A)全体を有効
に用いることができる。なお、２つの円形光束(L2)のう
ち、絞り(A)の半月状開口(L1)からはみ出している領域
の光束は、実際には第１，第２レンズアレイ(3a,3b)上
でカットされるように、第１，第２レンズアレイ(3a,3
b)の形状を決めてもよい。

【００３４】〈偏光変換光学系(OP3)の具体例３(図８，
図９)〉具体例３の偏光変換光学系(OP3)は、第１，第２
の実施の形態に用いられているものとは異なり、第１の
実施の形態における偏光変換光学系(OP3)とインテグレ
ータ(3)との複合構成を採っている。つまり、この偏光
変換光学系(OP3)は、偏光分離反射面(R1)及び通常の反
射面(R2)を有する偏光分離プリズム(Pr2)と、第１，第
２レンズアレイ(3a,3b)間に各レンズに対応するように
配置された１／２波長板(HP)と、で構成されている。縮
小光学系(OP2)で絞られた光束は、２つの反射面(R1,R2)
で光路を折り曲げられる。偏光分離反射面(R1)はＳ波の
みを反射させる反射面であり、光束を９０度より若干鈍
角に曲げるような傾きを有している。一方、反射面(R2)
は偏光分離反射面(R1)を通過したＰ波を反射させる反射
面であり、光束を９０度より若干鋭角に曲げるような傾
きを有している。

【００３５】偏光分離反射面(R1)で反射したＳ波と反射
面(R2)で反射したＰ波とは、互いに異なった角度で第１
レンズアレイ(3a)に入射することになるため、第２レン
ズアレイ(3b)の各レンズ上でも異なった位置で結像する
ことになる。ここでは第２レンズアレイ(3b)の各レンズ
において、その半分にＰ波が結像し残りの半分にＳ波が
結像するように、各反射面(R1,R2)での反射角が調整さ
れている。Ｐ波の結像領域，Ｓ波の結像領域のうち、い
ずれか一方には１／２波長板(HP)が配置されており、こ
れによってＰ波又はＳ波の偏光方向が変えられて、光束
の偏光方向が揃えられる。反射型表示パネル(P)が長方
形形状をなしている場合、この偏光変換方式での偏光変
換方向{偏光分離プリズム(Pr2)によりＰ波とＳ波との光
束の角度差を付ける方向、つまりＳ波とＰ波との分離方
向}は、パネル(P)の長辺方向に一致している方が光の利
用効率が良い。

【００３６】具体例３は具体例１，２と違って、偏光変
換後の照明光束はほぼ円形のままである。図９に示すよ
うに、円形光束(L2)と絞り(A)の半月状開口(L1)との位
置・大きさの関係ついては、円形光束(L2)の直径が絞り
(A)の直径よりも小さく、かつ、絞り(A)の半径よりも大
きくなるようにするが望ましい。円形光束(L2)の直径と
絞り(A)の直径とを一致させると、円形光束(L2)のうち
の半分は絞り(A)を不通過となるので効率が悪い。ま
た、円形光束(L2)の直径と絞り(A)の半径とを一致させ
ると、円形光束(L2)をすべて通過させることはできる
が、照明光束を絞り込む量が大きいことによる効率のダ
ウンが発生し、また、投影光学系(OP1)において不要な
光束領域ができて無駄である。なお、第１，第２レンズ
アレイ(3a,3b)については、絞り(A)による半月状開口(L
1)のＤカット等で不通過となる光束の通過領域を省いて
もよい。

【００３７】《第３の実施の形態(図１０)》第３の実施
の形態の特徴は、絞り(A)近傍に配置した偏光分離プリ
ズム(Pr2)で、照明光束のＳ波のみをパネル(P)側に反射
させ、投影光束のＰ波のみをスクリーン(S)側に通過さ
せる点にある。インテグレータ(3)は、第１，第２レン
ズアレイ(3a,3b)と偏光分離プリズム(Pr2)とで構成され
ており、第２レンズアレイ(3b)のパネル(P)側には、液
晶等の複屈折材料から成る複屈折材料層(DR)が形成され
ている。この複屈折材料層(DR)は、Ｓ波に対しては第２
レンズアレイ(3b)との屈折率差が生じるが、Ｐ波に対し
ては第２レンズアレイ(3b)との屈折率差が生じない性質
を有している。したがって、Ｓ波が第２レンズアレイ(3
b)と複屈折材料層(DR)を通過する場合には、第２レンズ
アレイ(3b)によるレンズアレイ効果を複屈折材料層(DR)
が妨げることはないが、Ｐ波が第２レンズアレイ(3b)と
複屈折材料層(DR)を通過する場合には、第２レンズアレ
イ(3b)と複屈折材料層(DR)は、ただの平行平板としてし
かＰ波に対して作用しないことになる。

【００３８】偏光変換光学系(OP3)から射出される照明
光束は、インテグレータ(3)を構成している偏光分離プ
リズム(Pr2)に対し、Ｓ波として入射する。第１レンズ
アレイ(3b)を通過したＳ波の照明光束は、偏光分離プリ
ズム(Pr2)の偏光分離反射面(R1)で反射されて、絞り(A)
位置の第２レンズアレイ(3b)上で結像する。そして、偏
光分離プリズム(Pr2)で反射されたＳ波の照明光は、第
２レンズアレイ(3b)の効果によって反射型表示パネル
(P)全域を照明する。

【００３９】第３の実施の形態で用いる反射型表示パネ
ル(P)は、表示ＯＮのときにＳ波をＰ波に反転させるタ
イプの反射型液晶パネルである。パネル(P)によってＰ
波に反転した反射光束は、後群(GrR)をスクリーン(S)側
に向かって進み、複屈折材料層(DR)と第２レンズアレイ
(3b)に至る。複屈折材料層(DR)が形成されている第２レ
ンズアレイ(3b)は、Ｐ波に対してはレンズアレイ効果を
発揮しないので、Ｐ波は複屈折材料層(DR)と第２レンズ
アレイ(3b)をただの平行平板として通過する。偏光分離
プリズム(Pr2)に入射したＰ波は、偏光分離反射面(R1)
では反射されずに透過し、前群(GrF)通過後、スクリー
ン(S)に至る。なお、パネル(P)からのＳ波の反射光は、
偏光分離プリズム(Pr2)の偏光分離反射面(R1)で反射さ
れるため、前群(GrF)に入射することはない。

【００４０】

【実施例】以下、本発明を実施したプロジェクター光学
系の構成を、投影光学系(OP1)のコンストラクションデ
ータ，収差図等を挙げて、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１０)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。

【００４１】各実施例の投影光学系(OP1)のコンストラ
クションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は拡大側{す
なわちスクリーン(S)側}から数えてi番目の面の曲率半
径、di(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の軸上面
間隔{dS:スクリーン(S)と投影光学系(OP1)の最もスクリ
ーン(S)側面(r1)との間隔}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。最大像高Ymax，条件式対応値及びその関連デー
タを併せて示す。

【００４２】曲率半径riに*印が付された面は、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)}＋Σ(Ai・Yⁱ) …(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、 Ai：i次の非球面係数、である。

【００４３】《実施例１，２の投影光学系(OP1)》 Ymax=20.9 φ=0.0356 φF=-0.0033 条件式,'：γF=0.38 条件式：φF／φ=-0.0927 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] {スクリーン(S)} dS=845.000000 ・前群(GrF) ・・負群(GrN) r1= 91.78096 d1= 5.500000 N1=1.49140 ν1= 59.93 r2*= 30.00000 d2= 15.526601 r3= -174.79218 d3= 5.500000 N2=1.654852 ν2= 55.72 r4= 47.92606 d4= 30.035094 r5= -692.00608 d5= 10.000000 N3=1.817727 ν3= 32.22 r6= -96.46593 d6= 27.308628 ・・正群(GrP) r7= 198.52936 d7= 10.000000 N4=1.669311 ν4= 54.99 r8= -219.20044 d8= 38.228567{インテグレータ(3)又は反射ミラー(M)} ・絞り(A) r9= ∞ d9= 0.100000 ・後群(GrR) r10= 61.02136 d10=10.000000 N5=1.487490 ν5= 70.44 r11= -329.08394 d11= 8.805590 r12=-1943.42005 d12=10.000000 N6=1.798500 ν6= 22.60 r13= 47.99384 d13= 2.128741 r14= 156.53712 d14= 8.133669 N7=1.754500 ν7= 51.57 r15= -90.96977 d15=37.694214 r16= 57.65593 d16=13.443351 N8=1.590333 ν8= 59.69 r17= -254.27776 d17= 0.100000 ・色分解・合成プリズム(Pr1)… r18= ∞ d18=36.000000 N9=1.516800 ν9= 64.12 r19= ∞ d19= 5.999753 {反射型表示パネル(P)}

【００４４】[第２面(r2)の非球面データ] ε= 0.03 A4= 0.237021×10^-5 A6=-0.434844×10^-8 A8= 0.708935×10^-11 A10=-0.647949×10^-14 A12= 0.152778×10^-17

【００４５】《実施例３の投影光学系(OP1)》 Ymax=20.9 φ=0.0358 φF=-0.0004 条件式,'：γF=0.55 条件式：φF／φ=-0.0112 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] {スクリーン(S)} dS=845.000000 ・前群(GrF) ・・負群(GrN) r1= 53.65689 d1= 10.000000 N1=1.834387 ν1= 41.41 r2*= 28.68577 d2= 9.940042 r3= 214.83798 d3= 2.800000 N2=1.710031 ν2= 52.64 r4= 32.58226 d4= 24.060430 ・・正群(GrP) r5= 76.90179 d5= 6.751110 N3=1.850000 ν3= 40.04 r6= -147.68450 d6= 0.100000 ・偏光分離プリズム(Pr2) r7= ∞ d7= 30.336000 N4=1.516800 ν4= 65.26 r8= ∞ d8= 0.000000 ・絞り(A) r9= ∞ d9= 31.638659 ・後群(GrR) r10= 171.65358 d10=12.054459 N5=1.627529 ν5= 57.23 r11= -39.68992 d11= 1.352800 r12= -35.01697 d12= 2.800000 N6=1.764543 ν6= 24.23 r13=-1962.54668 d13= 0.744422 r14= 108.99450 d14=14.011345 N7=1.708361 ν7= 53.27 r15= -62.87504 d15= 2.416859 r16*= 84.33803 d16= 5.145542 N8=1.49140 ν8= 59.93 r17= 746.33260 d17= 8.959087 ・色分解・合成プリズム(Pr1)… r18= ∞ d18=41.225245 N9=1.516800 ν9= 64.12 r19= ∞ d19= 5.999997 {反射型表示パネル(P)}

【００４６】[第２面(r2)の非球面データ] ε= 1.0 A4=-0.121996×10^-5 A6=-0.788620×10^-8 A8= 0.452734×10^-11 A10= 0.281555×10^-14 A12=-0.180179×10^-16

【００４７】[第１６面(r16)の非球面データ] ε= 1.0 A4=-0.239194×10^-5 A6=-0.523377×10^-9 A8=-0.533220×10^-12

【００４８】図２は実施例１，２の縮小側での収差図、
図１１は実施例３の縮小側での収差図であり、左から順
に、球面収差(LONGITUDINAL SPHERICAL ABER.)，非点収
差(ASTIGMATIC FIELD CURVES)，歪曲収差(DISTORTION)
を表しており、破線はＣ線(波長:656.3nm)に対する収
差、実線はｄ線(波長:587.6nm)に対する収差、一点鎖線
はｇ線(波長:435.8nm)に対する収差を表している。球面
収差{横軸(mm)}の縦軸は、入射高さをその最大高さで規
格化した値を表しており、非点収差{横軸(mm)}及び歪曲
収差{横軸(％)}の縦軸は像高IMG HT(mm)を表している。
また、実線Sはサジタル面での非点収差を表しており、
実線Tはタンジェンシャル面での非点収差を表してい
る。なお、本来はスクリーン(S)面が像面であり反射型
表示パネル(P)面が物体面であるが、上記各実施例では
光学設計上縮小系とし、スクリーン(S)面を物体面とみ
なして反射型表示パネル(P)面で光学性能を評価してい
る。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、反
射型表示パネルが小さくても、投影光学系や照明光学系
の大型化や光学性能の低下なしに、絞り径ができる限り
大きくなるような構成にできるため、インテグレータ及
び高出力光源の使用が可能となる。例えば、小型の反射
型表示パネルが用いられた最近のリアタイププロジェク
ションテレビにおいても、インテグレータ及び高出力光
源の使用が可能であり、また、照明光学系に縮小光学系
を用いた場合には、より小型の反射型表示パネルに対し
ても対応可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態(実施例１)の光学構成図。

【図２】実施例１，２の収差図。

【図３】第２の実施の形態(実施例２)の光学構成図。

【図４】偏光変換光学系の具体例１を示す光学構成図。

【図５】具体例１における円形光束と絞りの半月状開口
との位置・大きさの関係を示す図。

【図６】偏光変換光学系の具体例２を示す光学構成図。

【図７】具体例２における円形光束と絞りの半月状開口
との位置・大きさの関係を示す図。

【図８】偏光変換光学系の具体例３を示す光学構成図。

【図９】具体例３における円形光束と絞りの半月状開口
との位置・大きさの関係を示す図。

【図１０】第３の実施の形態(実施例３)の光学構成図。

【図１１】実施例３の収差図。

【図１２】従来例の概略構成を示す光学構成図。

【符号の説明】

OP1 …投影光学系 GrF …前群 GrN …負群 GrP …正群 A …絞り GrR …後群 OP2 …縮小光学系 OP3 …偏光変換光学系 Pr1 …色分解・合成プリズム Pr2 …偏光分離プリズム(偏光ビームスプリッタ) R1 …偏光分離反射面 P …反射型表示パネル AX …光軸 S …スクリーン 1 …光源 2 …リフレクター 3 …レンズアレイ方式インテグレータ(導光手段) 3a …第１レンズアレイ 3b …第２レンズアレイ 3c …反射面 DR …複屈折材料層 M …反射ミラー(導光手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者瀧本俊太大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者金野賢治大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射型表示パネルを照明する照明光学系
と、前記反射型表示パネルに表示される画像をスクリー
ン上に投影する投影光学系と、を備えたプロジェクター
光学系であって、前記投影光学系が、スクリーン側から
順に前群，絞り及び後群から成るとともに、前記反射型
表示パネルに対して照明光を導光する導光手段を前群と
後群との間に備え、更に以下の条件式を満足することを
特徴とするプロジェクター光学系； 0.2≦γF≦0.8 ただし、 γF：前群の角倍率(前群がアフォーカル系でない場合に
は、絞り位置を通過する近軸軸外光線が、スクリーン側
から見て前群に入射する角度に対する、前群から射出す
る角度の比とする。)、である。
【請求項２】前記導光手段が第１レンズアレイで第２
レンズアレイ上に複数の光源像を形成するレンズアレイ
方式インテグレータであって、その第２レンズアレイが
前記絞りの位置に配置されていることを特徴とする請求
項１記載のプロジェクター光学系。
【請求項３】更に以下の条件式を満足することを特徴
とする請求項１記載のプロジェクター光学系； -1.5＜φF／φ＜1.0 ただし、 φF：投影光学系の前群のレンズパワー、 φ ：投影光学系全体のレンズパワー、である。
【請求項４】前記前群がスクリーン側から順に負群と
正群から成り、その負群がスクリーン側に凸面を向けた
負メニスカスレンズを含む２枚以上の負レンズで構成さ
れていることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ
ー光学系。
【請求項５】前記導光手段が前記絞りの近傍に反射面
を有することを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ
ー光学系。
【請求項６】絞り径の約半分までを占めるように前記
反射面を前記絞りのスクリーン側に配置することによっ
て、絞りの約半分を前記反射型表示パネルに対する照明
光が通過し、残りの約半分をスクリーンに対する投影光
が通過するようにしたことを特徴とする請求項５記載の
プロジェクター光学系。
【請求項７】前記導光手段が偏光分離プリズムである
ことを特徴とする請求項１記載のプロジェクター光学
系。
【請求項８】前記照明光学系が正レンズと負レンズか
ら成る縮小光学系を含み、その正，負レンズの少なくと
も一方に非球面を有することを特徴とする請求項１記載
のプロジェクター光学系。