JP3912370B2 - Transmission screen - Google Patents
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Description
本発明は、光源からの白色光を三原色に分離し表示素子でそれぞれの色光を変調し、スクリーン上に拡大投影する投写型デイスプレイ装置投写型テレビジョン装置等の投写型画像ディスプレイ装置に関するものである。 The present invention relates to a projection image display apparatus such as a projection display apparatus or projection television apparatus that separates white light from a light source into three primary colors, modulates each color light with a display element, and projects the enlarged light on a screen. .
映像ソースの多様化に伴い、大画面の投写光学装置として軽量、低価格、コンパクトと言う市場性から投写型画像ディスプレイ装置が、市場に広く普及している。こうしたなかで、液晶表示素子（以下液晶パネルと記述する）の精細度と開口率の大幅な向上により、近年投写型画像ディスプレイ装置に使用する映像発生源として液晶パネルを用いたセットが上市され始めている。液晶は、従来の投写型ブラウン管と異なりそれ自体で発光しないので別に光源が必要となる。このため、液晶パネルを用いた投写型画像ディスプレイ装置においては、白色光源からの白色光を三原色に分離し液晶パネルでそれぞれの色光を変調し、液晶パネルに表示された原画像を投写用レンズ装置によりスクリーン上に拡大してフルカラーの映像を表示する構成となっている。 With the diversification of video sources, projection image display devices are widely used in the market due to the marketability of light, low price, and compact as large screen projection optical devices. Under these circumstances, liquid crystal display devices (hereinafter referred to as “liquid crystal panels”) have been greatly improved in definition and aperture ratio, and in recent years, sets using liquid crystal panels have begun to be marketed as image generation sources for use in projection image display devices. Yes. Unlike conventional projection cathode-ray tubes, liquid crystal does not emit light by itself, so a separate light source is required. Therefore, in a projection-type image display device using a liquid crystal panel, white light from a white light source is separated into three primary colors, each color light is modulated by the liquid crystal panel, and the original image displayed on the liquid crystal panel is projected as a projection lens device. Is configured to display a full-color image enlarged on the screen.
この液晶パネルを用いた投写型画像ディスプレイ装置の光学系は、赤、青、緑の３原色に応じて液晶パネルを３枚使用する３板方式と、液晶パネルを１枚のみを使用する単板方式がある。 The optical system of the projection-type image display apparatus using this liquid crystal panel includes a three-plate system that uses three liquid crystal panels according to the three primary colors of red, blue, and green, and a single plate that uses only one liquid crystal panel. There is a method.
３板式は白色光を分離し、得られた赤、緑、青の３原色の色光をそれぞれ伝播する光学系（色分離系）と、その色光の強度を変調し画像を形成する液晶パネルの対をそれぞれ独立に設けており、各色の画像を光学的に重畳（色合成系）してフルカラー表示を行うものである。この３板式の構成では、白色光源から放射された光を有効に利用でき、色の純度も高いという利点がある。しかし、前述のように色分離系と色合成系が必要なため、光学系の部品点数が多くなってしまい、低コスト化の点で単板式に比べ不利になる。 The three-plate type is a pair of an optical system (color separation system) that separates white light and propagates the obtained three primary colors of red, green, and blue, and a liquid crystal panel that modulates the intensity of the colored light and forms an image. Are provided independently, and full-color display is performed by optically superimposing (color combining system) images of the respective colors. This three-plate configuration is advantageous in that the light emitted from the white light source can be used effectively and the color purity is high. However, since the color separation system and the color synthesis system are necessary as described above, the number of parts of the optical system increases, which is disadvantageous compared to the single plate type in terms of cost reduction.
これに対して単板式は液晶パネルを１枚のみ用いる構成であり、 ＴＦＴ開口部の配列によりデルタ配列、ストライプ配列に分類される。初期の単板式ではカラーフィルターにより色分離を行っていたが、カラーフィルターによる光の吸収、反射により光の利用効率が３板式の１／３程度に低下し実用上問題があった。 On the other hand, the single plate type uses only one liquid crystal panel, and is classified into a delta arrangement and a stripe arrangement according to the arrangement of TFT openings. In the early single plate type, color separation was performed by a color filter. However, light utilization and reflection by the color filter caused the light use efficiency to be reduced to about 1/3 of the three plate type, causing a problem in practical use.
このような欠点を解決するために、たとえば、特開平４−６０５３８号公報には、その図１に示されるように、扇型に配置されたダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ，４Ｂを用いて白色光源１からの白色光を赤、緑、青の各光束に分割し光の利用効率を向上させるようにした単板式のカラー液晶表示装置が提案されている。
In order to solve such drawbacks, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-60538 discloses a
この装置において、上記ダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ，４Ｂにより分割された各光束Ｒ、Ｇ、Ｂは、同公報の図２に示された液晶表示素子２０の光源側に配置されているマイクロレンズアレイ１０にそれぞれ異なった角度で入射する。このマイクロレンズアレイ１０を通過した各色光束はそれぞれに対応した色信号が独立して印加される信号電極により駆動される液晶部位に分配照射される。このため、吸収型のカラーフィルターを用いた液晶表示素子に比べ光の利用率が向上し、明るい画像を得ることができる。
In this apparatus, each of the light beams R, G, and B divided by the dichroic mirrors 4R, 4G, and 4B is arranged on the light source side of the liquid
また、特開平５−３２８８０５号公報には、ダイクロイックミラーの波長選択特性の角度依存性による混色の対策として、３原色の分離を長波長側から行い迷光の発生を最小限に押さえることにより色純度の向上を図った投影型カラー液晶表示装置が提案されている。この手法では、Ｒ，Ｇ，Ｂ，の順で光束を分離することでダイクロミラーの特性シフトによる迷光が発生し難くなるため、分割した各光束の色純度が高く、色再現範囲の広い画像を得ることが出来る。 Japanese Patent Laid-Open No. 5-328805 discloses color purity by separating the three primary colors from the long wavelength side and minimizing the generation of stray light as a countermeasure against color mixing due to the angular dependence of the wavelength selection characteristics of the dichroic mirror. There has been proposed a projection type color liquid crystal display device which improves the above. In this method, stray light due to characteristic shift of the dichroic mirror is less likely to occur by separating the light beams in the order of R, G, B, so that an image with a high color purity of each divided light beam and a wide color reproduction range can be obtained. Can be obtained.
しかしながら、同公報に記載の技術は、その図６（ａ）に示されるように、液晶表示素子の法線に近い角度で入射する光束（Ｇ光束）がマイクロレンズにより屈折しその結果得られる液晶表示素子からの出射角度αに対して、同図（ｂ）に示すように、液晶表示素子の法線に対して斜めから入射する光束（Ｒ光束、Ｂ光束）がマイクロレンズにより屈折しその結果得られる液晶表示素子からの出射角度βが大きくなる。このため、大口径（低Ｆ値）の投影レンズを用いなければならず、投影型カラー表示装置のコストを押し上げる大きな要因になっていた。 However, as shown in FIG. 6A, the technique described in the publication discloses a liquid crystal obtained by refracting a light beam (G light beam) incident at an angle close to the normal line of the liquid crystal display element by a microlens. With respect to the emission angle α from the display element, as shown in FIG. 5B, the light beam (R light beam, B light beam) incident obliquely with respect to the normal line of the liquid crystal display element is refracted by the microlens, and as a result. The emission angle β from the obtained liquid crystal display element is increased. For this reason, a projection lens having a large aperture (low F value) must be used, which has been a major factor in increasing the cost of the projection type color display device.
これを解決する手段として、特開平８−１１４７８０号公報には、光源の発光スペクトルの最も弱い色光を液晶表示素子の法線に近い角度で入射させることにより、最も少ない色光の投影レンズ瞳位置でのケラレが無くなるので小口径の投影レンズを用いて良好なホワイトバランスを維持することができる。 As a means for solving this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-114780 discloses that the color light having the weakest emission spectrum of the light source is incident at an angle close to the normal line of the liquid crystal display element, so that the projection lens pupil position with the least color light can be obtained. Therefore, good white balance can be maintained by using a small-diameter projection lens.
また、光量の最も少ない色光の色純度が向上するため色再現範囲が広がり鮮やかな画像を得ることができる。 Further, since the color purity of the color light with the least amount of light is improved, the color reproduction range is widened and a vivid image can be obtained.
以上述べた投写型画像ディスプレイ装置の光学系に用いる投影レンズとしては、例えば特開平９−９６７５９号公報に提案されたレトロフォーカス型レンズが上げられる。（但し、フランジバックが長いため３板式に最適）この投影レンズは半画角が４２度程度で投写距離が短いため背面投写型の画像ディスプレイ装置に適用すれば、折り返しミラー一枚の構成でもコンパクトなセットが実現できる。 As a projection lens used for the optical system of the projection type image display apparatus described above, for example, a retrofocus type lens proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-96759 is available. (However, because the flange back is long, it is ideal for a three-plate type.) This projection lens has a half angle of view of about 42 degrees and a short projection distance. Therefore, when applied to a rear projection type image display device, the projection lens is compact even with a single folding mirror. A simple set can be realized.
この時使用する透過型スクリーンは、レンチキュラーシート及びフレネルレンズシートから成る２枚構成のものが一般的である。また、フレネルレンズシート映像光入射面に画面水平方向を長手方向としたレンチキュラーレンズ設ける場合もある。 The transmissive screen used at this time is generally a two-screen structure composed of a lenticular sheet and a Fresnel lens sheet. In some cases, a Fresnel lens sheet image light incident surface is provided with a lenticular lens whose longitudinal direction is the horizontal direction of the screen.
しかしながら、上述した単板方式は、特開平８−１１４７８０号公報に提案された手段だけでは、所望の色純度を得ることが困難である。なぜなら、この方式では、ダイクロイックミラーにより分割された各光束Ｒ、Ｇ、Ｂは、図７の液晶表示素子８の光源側に配置されているマイクロレンズアレイ７にそれぞれ異なった角度で入射する。このマイクロレンズアレイ７を通過した各色光束はそれぞれに対応した色信号が独立して印加される信号電極により駆動される液晶部位２４Ｇ，２４Ｒ，２４Ｂに分配照射される。この時、マイクロレンズアレイ７に設けられた個々のマイクロレンズの繋ぎ部分は鋭利な形状にならず光が発散する。このため、例えば比視感度が最も高く光源の発光スペクトルも強い緑色光束の一部が繋ぎ部分で発散し、光源の発光スペクトルの最も弱い赤色光束に混入し、本来赤色光だけが入射する液晶部位２４Ｒにおいて赤色光束と緑色光束が混色し赤色の色純度が低下するためである。
However, it is difficult for the above-described single plate method to obtain a desired color purity only by means proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-114780. This is because in this method, the light beams R, G, and B divided by the dichroic mirror are incident on the
そこで、赤色の色純度を高くするために赤色を分離するダイクロイックミラーの反射特性を赤色光の純度が良くなるようにすると、得られる赤色光束の光量が減り結果として、３色を加色して得られる白のホワイトバランスが崩れる。 Therefore, if the reflection characteristic of the dichroic mirror that separates red is made higher in order to increase the red color purity, the purity of the red light is improved, and as a result, the amount of red light beam obtained is reduced, and the three colors are added. The white balance of the resulting white is lost.
この時、他の２色の光束量を減らしてホワイトバランスを合せると３色加色して得られた白色映像の輝度が低下する。 At this time, if the amount of light flux of the other two colors is reduced and the white balance is adjusted, the luminance of the white image obtained by adding the three colors is lowered.
以上述べたように特開平８−１１４７８０号公報に提案された投影型カラー液晶表示装置においも、従来の投写型ブラウン管を用いた投写型画像ディスプレイ装置に比べ明るさも、色純度も充分な水準ではなく、さらに、液晶パネルに黒表示した場合の輝度レベルが高いことからコントラストの低い映像しか得られない。 As described above, the projection type color liquid crystal display device proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-114780 also has sufficient brightness and color purity compared to the conventional projection type image display device using the projection type cathode ray tube. Furthermore, since the luminance level is high when black is displayed on the liquid crystal panel, only an image with low contrast can be obtained.
一方、一般の家庭に設置できるコンパクトな背面投写方式の投写型画像ディスプレイ装置を実現するには、投写距離（投写用レンズ装置からスクリーンまでの距離）の短縮が必須となり、広角な投写用レンズ装置が必要となる。この時、通常の広角な投写レンズ装置を用いると液晶パネルの配光特性のために、周辺光量比は大幅に低下する。この理由は、単板式照明系においては、液晶パネルと白色光源の間に配置した３枚のダイクロイックミラーの分光透過率と反射率が光の入射角によって変化するため、白色光源からの光束は、ほぼ平行光束としてダイクロイックミラーと液晶パネルに入射するため、液晶パネルの各物点から投写用レンズ装置に入射する光束の主光線は、投写用レンズ装置の光軸に略平行となり、その拡がり角はマイクロレンズの開口数に比例する。このような光学系に通常の広角な投写レンズ装置を使用すると、液晶パネル周辺から投写用レンズ装置に取り込める光束が極端に少なくなり、スクリーン上の拡大画像の周辺部が暗くなる。 On the other hand, in order to realize a compact rear projection projection image display device that can be installed in a general home, it is essential to shorten the projection distance (distance from the projection lens device to the screen), and a wide-angle projection lens device. Is required. At this time, when a normal wide-angle projection lens device is used, the peripheral light amount ratio is significantly reduced due to the light distribution characteristic of the liquid crystal panel. This is because in the single-plate illumination system, the spectral transmittance and reflectance of the three dichroic mirrors arranged between the liquid crystal panel and the white light source change depending on the incident angle of light. Since it enters the dichroic mirror and the liquid crystal panel as a substantially parallel light beam, the principal ray of the light beam incident on the projection lens device from each object point of the liquid crystal panel is substantially parallel to the optical axis of the projection lens device, and its divergence angle is It is proportional to the numerical aperture of the microlens. When a normal wide-angle projection lens device is used for such an optical system, the light flux that can be taken into the projection lens device from the periphery of the liquid crystal panel is extremely reduced, and the peripheral portion of the enlarged image on the screen becomes dark.
この他に、投写型画像ディスプレイ装置の光学系に使用される投写用レンズ装置には、（１）画面の隅々までにわたる高いフォーカス性能（倍率の色収差低減を含め）の確保。（２）画面の明るさ向上のためにＦ値の低減。（３）コンバージェンス調整が出来ないため、ディストーションの低減。（４）レンズ面での反射を低減し、明るさの損失を押さえ十分なコントラスト性能を確保する。などの課題がある。 In addition, the projection lens device used in the optical system of the projection-type image display device (1) ensures high focusing performance (including reduction of chromatic aberration of magnification) over every corner of the screen. (2) The F value is reduced to improve screen brightness. (3) Since the convergence cannot be adjusted, distortion is reduced. (4) The reflection on the lens surface is reduced, the loss of brightness is suppressed, and sufficient contrast performance is ensured. There are issues such as.
以上述べたように、投写用レンズ装置は多くの課題があるが実際には、例えば特開平９−９６７５９号公報に提案されたレトロフォーカス型レンズにおいても半画角が４２度程度で投写距離は短いがＦ値が２．５６と大きく、充分な明るさを確保出来ていない。 As described above, the projection lens apparatus has many problems, but in reality, for example, in the retrofocus type lens proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-96759, the half field angle is about 42 degrees and the projection distance is Although it is short, F value is as large as 2.56, and sufficient brightness cannot be secured.
また、液晶パネルを用いた従来の投写光学系には、通常白色光源と液晶パネル（偏光板も含め）を冷却するための冷却ファン（図示せず）がそれぞれ１個づつ設けられている。このため、コストアップの原因となり、風切り音の低減も課題になっていた。また、このような空冷式では、偏光板を十分に冷却することは困難で、偏光板は、熱の影響により物理的な特性が変化して偏光度が低下し、コントラスト性能が低下する。 Further, a conventional projection optical system using a liquid crystal panel is provided with a cooling fan (not shown) for cooling a normal white light source and a liquid crystal panel (including a polarizing plate). For this reason, it causes a cost increase, and reduction of wind noise has also been a problem. In addition, in such an air cooling type, it is difficult to sufficiently cool the polarizing plate, and the polarizing plate has a physical property that changes due to the influence of heat, the degree of polarization decreases, and the contrast performance decreases.
一方、使用する透過型スクリーンとしては、例えば特開昭５８−５９４３６号公報に提案された従来技術によれば入斜面のレンチキュラーレンズは楕円柱面の一部であり、その楕円は入射面と出射面の厚さ方向を長軸とし、楕円の２焦点の内１焦点が基材の内部に位置し、他の１焦点が出射面付近に位置するように構成されている。また、楕円の離心率は基材の屈折率のほぼ逆数となるように選ばれている。 On the other hand, as a transmission screen to be used, for example, according to the prior art proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-59436, the lenticular lens on the inclined surface is a part of an elliptic cylinder surface, and the ellipse has an entrance surface and an exit surface. The major axis is the thickness direction of the surface, and one of the two ellipses of the ellipse is located inside the substrate, and the other one is located near the exit surface. The eccentricity of the ellipse is selected so as to be approximately the inverse of the refractive index of the substrate.
この結果、楕円の長軸に平行な光線が入射面から入射した場合、全て出射面付近の焦点に収束し、この焦点からスクリーン画面水平方向に拡散される。 As a result, when light rays parallel to the major axis of the ellipse enter from the incident surface, they all converge on the focal point near the exit surface and are diffused from the focal point in the horizontal direction of the screen screen.
一方、出射面に設けたレンチキュラーレンズは、出射面の表面において入射面の楕円柱とほぼ対称な楕円柱面としている。実際のレンチキュラーレンズシートは図３１、図３２に示したように内部に拡散材が混入されているため光束は１点で集光せず広がりを持つ。このため光吸収層の画面水平方向の幅をレンチキュラーレンズの幅に対して大きく出来ないので、外光の映り込みによる反射光を小さく出来ずコントラスト低下を一定量以内に押え込めない。 On the other hand, the lenticular lens provided on the exit surface has an elliptic cylinder surface that is substantially symmetrical with the elliptic cylinder of the entrance surface on the surface of the exit surface. In the actual lenticular lens sheet, as shown in FIGS. 31 and 32, since the diffusing material is mixed inside, the luminous flux does not converge at one point and spreads. For this reason, the width of the light absorbing layer in the horizontal direction of the screen cannot be increased with respect to the width of the lenticular lens, so that the reflected light due to the reflection of external light cannot be reduced and the contrast reduction cannot be suppressed within a certain amount.
以上をまとめると、単板式の投写光学系を搭載した背面投写型画像ディスプレイ装置では、（１）フォーカス性能の向上（２）コントラスト向上の他に（３）色純度と明るさの
両立という従来の投写管を用いた背面投写型画像ディスプレイ装置にはない新たな課題が
ある。
本発明は、特に、色純度を向上させることができる透過型スクリーンを提供することを目的とする。また、スクリーン面に外光が入射しても得られる画像のコントラストが低下しない透過型スクリーンを提供することを目的とする。
In summary, in a rear projection type image display apparatus equipped with a single-plate projection optical system, (1) improvement of focus performance, (2) improvement of contrast, and (3) compatibility of color purity and brightness. There is a new problem that does not exist in the rear projection type image display apparatus using the projection tube.
An object of the present invention is to provide a transmission screen that can improve color purity. It is another object of the present invention to provide a transmission screen that does not reduce the contrast of an image obtained even when external light is incident on the screen surface.
上記目的を達成するため、透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシートの映像観視側に白色光源の発光スペクトルが最も強い色光である５５５nm付近の緑色光を他の色光よりも多く吸収するフィルター特性を備えたシート部材を配置する。In order to achieve the above object, the image viewing side of the lenticular lens sheet of the transmissive screen is provided with a filter characteristic that absorbs green light around 555 nm, which is the color light having the strongest emission spectrum of the white light source, more than other color lights. A sheet member is disposed.
本発明によれば、白色光源の発光スペクトルが最も強い緑色光を吸収することで、赤色光と青色光に混色した緑色光を減衰させることができ、赤色光と青色光の色純度を向上させることができる。また、外光が透過型スクリーンのスクリーン面に入射しても、得られる画像のコントラスト性能の低下を防止することができる。
According to the present invention, by absorbing green light having the strongest emission spectrum of a white light source, green light mixed with red light and blue light can be attenuated, and the color purity of red light and blue light is improved. be able to. In addition, even when external light is incident on the screen surface of the transmission screen, it is possible to prevent a decrease in contrast performance of the obtained image.
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１及び図２は、後述する本発明に係る光学系が適用される背面投写型画像ディスプレイ装置の全体図を示すものであって、当該背面投写型画像ディスプレイ装置の画像観視方向（画像光出射方向）と水平方向に直交する側から見た断面図である。 1 and 2 show an overall view of a rear projection type image display apparatus to which an optical system according to the present invention to be described later is applied. The image viewing direction (image light) of the rear projection type image display apparatus is shown in FIG. It is sectional drawing seen from the side orthogonal to an emission direction) and a horizontal direction.
図１及び図２において、１１は白色光源や液晶パネルなどを含む光学ユニットであり、該光学ユニット１１から出力された光は、該光学ユニット１１に接続された投写用レンズ１２により拡大される。この投写用レンズ１２からの拡大光は、折り返しミラー１３によって所定の角度を以って反射され、スクリーン１４に背面から投写される。これにより、スクリーン１４の画像観視側において画像が表示される。上記光学ユニット１１、投写用レンズ１２及び折り返しミラー１３は、キャビネット１５内に収納され、スクリーン１４はキャビネット１５の前面（画像観視側）に配置されている。尚、上述した各種光学系とは、ここでは、光学ユニット１１、投写用レンズ１２、折り返しミラー１３及びスクリーン１４を指し、本発明は、このうち光学ユニット１１、投写用レンズ１２及びスクリーン１４について改良を加えたものである。
In FIGS. 1 and 2,
尚、図２に示した背面投写型画像ディスプレイ装置は、図１に示したものに比べ、折り返しミラー１３による投写用レンズ１２からの拡大光の反射角度を小さくし、かつ投写距離を短くしてセットの奥行きを短縮したものである。また、図２に示されたセットは、図１に示したものに比べ若干垂直方向の寸法（高さ）が大きくなっている。本発明に係る光学系は、図１及び図２の両方のセットに適用できるものである。
The rear projection type image display apparatus shown in FIG. 2 has a smaller reflection angle of the enlarged light from the
まず、本発明に係る光学系の一実施の形態として、投写用レンズ１２の一具体例について説明する。図５は、本発明の一実施の形態としての投写用レンズ８のレンズ主要部を示す断面図である。図５において、７は液晶パネル、８は光出射側に設けた偏光板、９は冷却液、Ｌ１１は第１１レンズ、Ｌ１０は第１０レンズ、Ｌ９は第９レンズ、Ｌ８は第８レンズ、Ｌ７は第７レンズ、Ｌ６は第６レンズ、Ｌ５は第５レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ１は第１レンズである。
First, a specific example of the
第１１レンズＬ１１と液晶パネル７は、それぞれＯリングを介してブラケット６に固定され、得られた空間に偏光板８を配置し、冷却液９を封入する。この冷却液９の対流により、入射した光の吸収により発熱した液晶パネルと偏光板の温度を奪いかつ均一化して、ブラケット６に形成された放熱板５によって、外部へ放熱する。液晶パネル７の照明光入射面には反射による光損失を低減するため反射防止コートを施すとよい。（入射側に設ける偏光板は図示せず。）
第１レンズから第４レンズまでは全て負の屈折力を有するレンズであり、第１レンズ群を形成している。第５レンズから第１０レンズまでが第２レンズ群を形成し、投写レンズ装置の全系の正の屈折力を分担している。（ただし、軸上色収差を低減させるために設けた貼り合わせレンズ（第７レンズと第８レンズ）の合成の屈折力は負の値）第１レンズ群から第２レンズ群までを内鏡筒１に組み込み固定ネジ（図示せず）で外鏡筒２へ止めて固定する。さらにこの外鏡筒２を押さえ板４を介してブラケット６へネジ止め（図示せず）固定する。そして物面である液晶パネル上の画像をスクリーン（図示せず）上に拡大投写する構成である。
The eleventh lens L11 and the
The first lens to the fourth lens are all lenses having negative refractive power, and form the first lens group. The fifth lens to the tenth lens form a second lens group, and share the positive refractive power of the entire system of the projection lens device. (However, the combined refractive power of the cemented lens (seventh lens and eighth lens) provided to reduce the longitudinal chromatic aberration is a negative value) The
第３レンズ群の焦点距離の計算には、第１１レンズＬ１１と偏光板８、冷却液９、液晶パネル７を含めて計算している。
The calculation of the focal length of the third lens group includes the eleventh lens L11, the
図６は、本発明の一実施例としての投写用レンズ装置のレンズの配置を示す構成図で、表１に具体的なレンズデータを示す。図７は本発明の他の実施例としての投写レンズ装置のレンズの配置を示す構成図で表３に具体的なレンズデータを示す。図６から図７に示した投写用レンズ装置のレンズ配置を示した図には、レンズ鏡筒の他の構造部品は説明の都合上省略してある。 FIG. 6 is a block diagram showing the lens arrangement of the projection lens apparatus as an embodiment of the present invention. Table 1 shows specific lens data. FIG. 7 is a block diagram showing the lens arrangement of a projection lens apparatus as another embodiment of the present invention. Table 3 shows specific lens data. In the drawings showing the lens arrangement of the projection lens apparatus shown in FIGS. 6 to 7, other structural parts of the lens barrel are omitted for convenience of explanation.
本発明の実施例の投写レンズ装置は、１.６インチの液晶パネルに表示された映像をスクリーン上に５０インチに拡大投写した場合に最良の性能が得られるように構成している。投写レンズの半画角は４４.３度で広画角を実現している。このため、図１に示すようなセットの高さを押さえたセットや図２に示すような奥行きを大幅に低減したセットを、折り返しミラー１３が１枚でも実現できる。 The projection lens apparatus according to the embodiment of the present invention is configured to obtain the best performance when an image displayed on a 1.6 inch liquid crystal panel is enlarged and projected on a screen to 50 inches. The half angle of view of the projection lens is 44.3 degrees, realizing a wide angle of view. Therefore, it is possible to realize a set in which the height of the set as shown in FIG. 1 is suppressed or a set in which the depth is greatly reduced as shown in FIG.
本発明にかかる投写用レンズ装置の取り得る具体的なレンズデータを表１から表３に示す。 Tables 1 to 3 show specific lens data that can be taken by the projection lens apparatus according to the present invention.
次に、このレンズデータの読み方を表１を基に図６と対比させて説明しておく。表１は、主に光軸近傍のレンズ領域を扱う球面系とその外周部についての非球面系とに分けてデータを記載している。まずスクリーンは曲率半径が無限大（即ち平面）であり、スクリーンから第１レンズ群の第１レンズＬ１の面Ｓ１まで光軸上の距離（面間隔）が６５０ｍｍ、その間の媒質の屈折率が１.０であることが示されている。またレンズ面Ｓ１の曲率半径が−５７.１４ｍｍ（曲率中心がスクリーン側に存在する時符号は正、即ちこの場合は、曲率中心が液晶パネル側に存在する）であり、レンズ面Ｓ１からレンズ面Ｓ２まで光軸上の距離（面間隔）が４.５５ｍｍ、その間の媒質の屈折率が１.４９２９１であることが示されている。以下同様にして最後は液晶パネルのＴＦＴが形成されている面Ｓ２５の曲率半径が無限大（即ち平面）で、パネルの厚さが４.１ｍｍ、屈折率が１.４６６２４であることが示されている。 Next, how to read the lens data will be described based on Table 1 in comparison with FIG. Table 1 shows data divided into a spherical system that mainly handles a lens region in the vicinity of the optical axis and an aspherical system about the outer periphery thereof. First, the screen has an infinite radius of curvature (that is, a plane), the distance from the screen to the surface S1 of the first lens L1 of the first lens group (surface interval) is 650 mm, and the refractive index of the medium between them is 1 0.0. The radius of curvature of the lens surface S1 is −57.14 mm (the sign is positive when the center of curvature is on the screen side, that is, in this case, the center of curvature is on the liquid crystal panel side). It is shown that the distance on the optical axis (surface interval) up to S2 is 4.55 mm, and the refractive index of the medium between them is 1.44921. In the same manner, it is shown that the curvature radius of the surface S25 on which the TFT of the liquid crystal panel is formed is infinite (that is, a plane), the panel thickness is 4.1 mm, and the refractive index is 1.46624. ing.
第１レンズ群Ｇ１の第１レンズＬ１のレンズ面Ｓ１、Ｓ２、第２レンズ群Ｇ２の第１０レンズＬ１０のレンズ面Ｓ１８、Ｓ１９、第３レンズ群Ｇ３の第１１レンズＬ１１のレンズ面Ｓ２０については非球面係数が示されている。ここで、非球面係数とは、レンズ形状を次式で表現したときの係数である。 Regarding the lens surfaces S1 and S2 of the first lens L1 of the first lens group G1, the lens surfaces S18 and S19 of the tenth lens L10 of the second lens group G2, and the lens surface S20 of the eleventh lens L11 of the third lens group G3. Aspheric coefficients are shown. Here, the aspheric coefficient is a coefficient when the lens shape is expressed by the following equation.
ただし、Ｚ（ｒ）はレンズ形状の定義を説明する図８に見られる如く映像発生源からスクリーンに向かう光軸方向をＺ軸にとり、レンズの半径方向をｒ軸にとった時のレンズ面の高さを表している。ｒは半径方向の距離、ＲＤは曲率半径、を示している。従って、ＣＣ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧ、ＡＨ等の各係数が与えられれば上記式に従ってレンズ面の高さ、つまりレンズ形状が定まる。 However, Z (r) is the lens surface when the optical axis direction from the image generation source to the screen is taken as the Z axis and the radial direction of the lens is taken as the r axis as shown in FIG. Represents the height. r indicates a radial distance, and RD indicates a radius of curvature. Therefore, if each coefficient such as CC, AE, AF, AG, AH, etc. is given, the height of the lens surface, that is, the lens shape is determined according to the above formula.
以上が表１に示したデータの読み方である。表２から表３までは他の実施例に対応したデータを示している。表４は表１から表３に示した本願発明の投写用レンズ装置を構成するレンズエレメントの焦点距離とアッベ数を纏めて示す。 The above is how to read the data shown in Table 1. Tables 2 to 3 show data corresponding to other examples. Table 4 summarizes the focal length and Abbe number of the lens elements constituting the projection lens apparatus of the present invention shown in Tables 1 to 3.
次に本発明の投写用レンズ装置の各レンズ群の作用を説明する。 Next, the operation of each lens group of the projection lens device of the present invention will be described.
本発明の投写用レンズ装置は、図５、図６、図７に示すように、第１レンズ群が負の屈折力を、第２群が正の屈折力を、第３群が負の屈折力を持つ構成である。 As shown in FIGS. 5, 6, and 7, the projection lens device of the present invention has a negative refractive power in the first lens group, a positive refractive power in the second group, and a negative refractive power in the third group. It is a configuration with power.
このため、本発明の実施例では、ほぼ９０度の広画角でも平坦な像面が得られ、画面の隅々まで良好なフォーカス性能が得られる。また、正屈折力を持つ第２レンズ群を挟んで両側に負の第１レンズ群と第３レンズ群を対称的に配置しているので、レンズ構成上ディストーションの低減にも有利である。本発明の実施例では、ディストーションは０．５％以下となっている。 For this reason, in the embodiment of the present invention, a flat image surface can be obtained even with a wide field angle of approximately 90 degrees, and good focusing performance can be obtained in every corner of the screen. In addition, since the negative first lens group and the third lens group are symmetrically arranged on both sides of the second lens group having positive refractive power, it is advantageous for reducing distortion in terms of the lens configuration. In the embodiment of the present invention, the distortion is 0.5% or less.
本発明の投写レンズ装置は、第１レンズ群を成す第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３は全てスクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズとすることで収差の発生を押さえながら像面湾曲を補正している。特に軸上物点Ｐ０からの光束と、画面最外周部の物点Ｐ１からの光束が全く別の部分を通過する第１レンズＬ１をプラスチック非球面レンズとして、軸上の収差に影響をほとんど与えること無く、コマ収差や非点収差をより高精度に補正をしている。また、出来るだけ均一な肉厚のレンズ形状とすることでプラスチックレンズ特有の温度変化や吸湿に伴う形状と屈折率変化による屈折力の変動を軽減する設計としている。さらに、軸上物点Ｐ０からの光束が最も広がる場所に近接して配置した第４レンズＬ４は球面収差の補正と像面湾曲及びコマ収差の補正を一部分担している。 In the projection lens apparatus of the present invention, the first lens L1, the second lens L2, and the third lens L3 constituting the first lens group are all negative meniscus lenses having a convex surface facing the screen side, while suppressing the occurrence of aberrations. The curvature of field is corrected. In particular, the first lens L1 through which the light beam from the on-axis object point P0 and the light beam from the object point P1 at the outermost peripheral portion of the screen pass through completely different parts is a plastic aspherical lens, and the axial aberration is almost affected. Therefore, coma and astigmatism are corrected with higher accuracy. In addition, by designing the lens shape as uniform as possible, the lens is designed to reduce the variation in refractive power due to the shape and refractive index change associated with temperature changes and moisture absorption specific to plastic lenses. Further, the fourth lens L4 disposed close to the place where the light beam from the on-axis object point P0 spreads most partially performs correction of spherical aberration, correction of field curvature, and coma aberration.
第２レンズ群は、投写レンズ装置全系の正屈折力の全てを分担している。このなかで、第５レンズＬ５はアッベ数３０以下の高分散材料から成り正の屈折力を有し、第６レンズＬ６もアッベ数４５以下の高分散材料から成り正の屈折力を有する。両レンズとも屈折率１.８以上の高屈折材料で正の屈折力の分担するとともに、色消し条件を満足させかつ、それぞれを通過する光線高さと第１レンズ群に入射する光線高さを制御することで倍率の色収差を低減している。 The second lens group shares all of the positive refractive power of the entire projection lens apparatus. Among these, the fifth lens L5 is made of a high dispersion material having an Abbe number of 30 or less and has a positive refractive power, and the sixth lens L6 is made of a high dispersion material having an Abbe number of 45 or less and has a positive refractive power. Both lenses share a positive refractive power with a high refractive index material with a refractive index of 1.8 or more, satisfy the achromatic condition, and control the height of light passing through each lens and the height of light incident on the first lens group. By doing so, the chromatic aberration of magnification is reduced.
第７レンズＬ７はアッベ数２５以下の高分散材料を使用し、第８レンズＬ８にはアッベ数５０以上の低分散材料を使用することで、主に軸上色収差を低減している。 The seventh lens L7 uses a high dispersion material with an Abbe number of 25 or less, and the eighth lens L8 uses a low dispersion material with an Abbe number of 50 or more, mainly reducing axial chromatic aberration.
第９レンズＬ９はアッベ数６０.３の低分散材料から成る両凸のレンズで全系の正の屈折力の一部を分担している。 The ninth lens L9 is a biconvex lens made of a low dispersion material having an Abbe number of 60.3, and shares a part of the positive refractive power of the entire system.
第１０レンズＬ１０はプラスチック製レンズで全系の正の屈折力の一部を分担しており、第１レンズＬ１と同様に、軸上物点Ｐ０からの光束と、画面最外周部の物点Ｐ１からの光束が全く別の部分を通過する位置に配置し、レンズ面Ｓ１８、及びＳ１９を非球面形状としている。このため、軸上の収差補正と、軸外の高次のコマ収差や非点収差の補正を両立している。 The tenth lens L10 is a plastic lens and shares a part of the positive refractive power of the entire system. Similar to the first lens L1, the light beam from the on-axis object point P0 and the object point on the outermost peripheral portion of the screen. It arrange | positions in the position where the light beam from P1 passes a completely different part, and lens surface S18 and S19 are made into the aspherical shape. For this reason, both on-axis aberration correction and off-axis high-order coma and astigmatism correction are compatible.
第３レンズ群Ｇ３の第１１レンズＬ１１はプラスチック製レンズで、レンズ面Ｓ２０も光軸近傍は負の屈折力（発散作用）を持ち周辺部は正の屈折力（集光作用）を持つような非球面形状を成している。本発明の実施例では液晶パネルと第１１レンズＬ１１の間に屈折率１.４４６７１の冷却液を充填し、液晶パネルや偏光板を冷却するとともに、映像光の反射による損失を軽減して、高コントラストな画像が得られるようにしている。第３レンズ群Ｇ３の屈折力は上記した冷却液、液晶パネル、偏光板を含めて計算評価している。 The eleventh lens L11 of the third lens group G3 is a plastic lens, and the lens surface S20 also has a negative refractive power (diverging action) in the vicinity of the optical axis, and a peripheral part has a positive refractive power (condensing action). It has an aspherical shape. In the embodiment of the present invention, a cooling liquid having a refractive index of 1.44671 is filled between the liquid crystal panel and the eleventh lens L11 to cool the liquid crystal panel and the polarizing plate and reduce loss due to reflection of image light. A contrast image is obtained. The refractive power of the third lens group G3 is calculated and evaluated including the above-described coolant, liquid crystal panel, and polarizing plate.
本発明の投写レンズ装置は第３レンズ群に、光軸近傍は負の屈折力（発散作用）、周辺部は正の屈折力（集光作用）を持つような非球面形状とすることで、第３レンズ群と第２レンズ群のレンズ口径を小さくし、製造コストを低く抑えかつ前述した３群基本構成の長所を生かしている。また第２レンズ群に、光軸近傍は正の屈折力（集光作用）、周辺部は負またはほとんど屈折力の無い（発散作用または発散作用のほとんど無い）非球面レンズを配置しているので、上述した第３レンズ群の非球面レンズと組み合わせて、液晶パネルからの光束を半径方向に圧縮できるビームエクスパンダー（光束の幅を変換する）光学系の作用を持たすことが出来る。このため実効的な物高さ（パネル中心からコーナーに向かう距離）を低く出来るので倍率色収差を含め収差補正が容易になる。 The projection lens device of the present invention has an aspherical shape in which the third lens group has a negative refractive power (diverging action) near the optical axis and a positive refractive power (condensing action) in the periphery. The lens diameters of the third lens group and the second lens group are reduced, the manufacturing cost is kept low, and the advantages of the basic configuration of the third group described above are utilized. In the second lens group, an aspherical lens having a positive refractive power (condensing action) in the vicinity of the optical axis and a negative or almost no refractive power (nearly diverging action or diverging action) is arranged in the peripheral portion. In combination with the above-described aspherical lens of the third lens group, it is possible to have a beam expander (converting the width of the light beam) optical system capable of compressing the light beam from the liquid crystal panel in the radial direction. For this reason, the effective object height (distance from the center of the panel toward the corner) can be reduced, so that it is easy to correct aberrations including lateral chromatic aberration.
非球面レンズとしては、量産数量が確保できれば安価なプラスチックレンズを採用している。本発明では、第１１レンズＬ１１と第１０レンズＬ１０のプラスチック非球面レンズとし、それぞれの局部的な形状の組み合わせにより、屈折力の温度、湿度変化による変動を相殺する構成としている。以下にこの技術について詳解する。 As aspherical lenses, inexpensive plastic lenses are used if mass production is ensured. In the present invention, a plastic aspheric lens of the eleventh lens L11 and the tenth lens L10 is used, and the variation due to changes in the temperature and humidity of the refractive power is offset by a combination of the respective local shapes. This technique is explained in detail below.
図６の、本発明の第１の実施例において第１１レンズＬ１１と第１０レンズＬ１０に光軸ｌ，ｌ´に平行な光束を入射させた場合、第１１レンズ１１の光軸ｌ，ｌ´近傍は発散（凹レンズ）作用が、周辺部では集光（凸レンズ）作用がある。一方、第１０レンズＬ１０の光軸ｌ，ｌ´近傍は集光（凸レンズ）作用があり、逆に周辺部では、発散（凹レンズ）作用がある。すなわち、プラスチック非球面レンズである第１１レンズＬ１１と第１０レンズＬ１０において、軸上物点Ｐ０からの光束が通過する光軸近傍の領域では、第１１レンズＬ１１において発散（凹レンズ）作用と第１０レンズＬ１０においては集光（凸レンズ）作用がある。一方、画面最外周部の物点Ｐ１からの光束が通過する周辺部では反対に、第１１レンズＬ１１においては集光（凸レンズ）作用と、第１０レンズＬ１０において、発散（凹レンズ）作用がある。
In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 6, when light beams parallel to the optical axes l and l ′ are incident on the eleventh lens L11 and the tenth lens L10, the optical axes l and l ′ of the
このため、温度変化や吸湿に伴う形状と屈折率の変化によって屈折力が変動しても相殺し合うので焦点位置の変化やフォーカス性能が低下するという問題点を解決できる。 For this reason, even if the refractive power fluctuates due to the change in temperature and the shape and refractive index due to moisture absorption, they cancel each other out, so that the problem that the focal position changes and the focusing performance deteriorates can be solved.
本発明の投写レンズ装置において第１レンズＬ１と第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１は、軸上物点Ｐ０からの光束と、画面最外周部の物点Ｐ１からの光束が全く別の部分を通過するため、これらのレンズを非球面形状として、軸上の収差補正と軸外の高次のコマ収差や非点収差の補正を両立している。 In the projection lens device of the present invention, the first lens L1, the tenth lens L10, and the eleventh lens L11 have a completely different portion of the light beam from the on-axis object point P0 and the light beam from the object point P1 on the outermost peripheral portion of the screen. In order to pass through these lenses, these lenses are made aspherical, and both on-axis aberration correction and off-axis high-order coma and astigmatism correction are compatible.
また、レンズ図５から図７に示したように、画面最外周部の物点Ｐ１からの光束が通過する第１１レンズＬ１１のレンズ形状が、単純な凹レンズでなく周辺部が集光（凸レンズ）作用を持つ非球面形状であるため、光束が広がらず、スクリーン側に配置された第１０レンズＬ１０の以降のレンズ径を小さく出来るのでコスト低減に有利になるばかりでなく、倍率色収差やその他の収差補正にも有利となる。 Further, as shown in FIGS. 5 to 7, the lens shape of the eleventh lens L11 through which the light beam from the object point P1 at the outermost peripheral portion of the screen passes is not a simple concave lens but is condensed at the peripheral portion (convex lens). Since the aspherical shape has an action, the luminous flux does not spread and the subsequent lens diameter of the tenth lens L10 disposed on the screen side can be reduced, which is advantageous not only for cost reduction but also for chromatic aberration of magnification and other aberrations. It is also advantageous for correction.
次に、第１１レンズＬ１１の冷却液に接触するレンズ面Ｓ２１の取り得る形状について、図６、図７によって説明する。 Next, shapes that can be taken by the lens surface S21 in contact with the coolant of the eleventh lens L11 will be described with reference to FIGS.
プラスチック非球面レンズである第１１レンズＬ１１のスクリーン側レンズ面Ｓ２０は上述したような非球面形状である。一方、冷却液に接触するレンズ面Ｓ２１が、例えば曲率中心がスクリーン側に存在する球面形状とすると、レンズのコバ部分が薄肉になりすぎるため成形時の樹脂の流れが悪くなり所望の形状が得られない。反対にコバ厚を十分に確保しようとすると、レンズの中心肉厚が増加し、樹脂の使用量が増えるばかりで無く、成形時間が長くなり製造コストが大幅に増加する。このため、冷却液に接触するレンズ面Ｓ２１の形状は、平面もしくは、液晶パネル側に曲率中心が存在する形状とすると、コバ厚とレンズ中心厚の差が少ないより均一な肉厚のレンズとなり、上述した成形上の問題点が解決できる。 The screen side lens surface S20 of the eleventh lens L11, which is a plastic aspheric lens, has the aspheric shape as described above. On the other hand, if the lens surface S21 in contact with the cooling liquid has, for example, a spherical shape with the center of curvature on the screen side, the edge of the lens becomes too thin and the flow of resin during molding deteriorates, and a desired shape is obtained. I can't. On the other hand, if it is attempted to secure a sufficient edge thickness, the center thickness of the lens increases, and not only the amount of resin used increases, but also the molding time increases and the manufacturing cost increases significantly. For this reason, if the shape of the lens surface S21 in contact with the coolant is a flat surface or a shape having a center of curvature on the liquid crystal panel side, the lens has a more uniform thickness with a small difference between the edge thickness and the lens center thickness. The above-described molding problems can be solved.
次に、以上説明した本発明にかかる投写用レンズ装置をもちいて１.６インチの単板液晶パネルに画像を表示し、スクリーン上に５０インチに拡大投写した場合に発生する収差を図１０〜図１８に示す。 Next, the aberration that occurs when an image is displayed on a 1.6-inch single-panel liquid crystal panel using the projection lens apparatus according to the present invention described above and projected on a screen to 50 inches is shown in FIG. As shown in FIG.
ここで図１０〜図１２は表１に対応した特性図で、図１０は軸上の収差図を示す特性図でＢは４５０ｎｍの光線により発生する収差を、Ｇは５５５ｎｍの光線により発生する収差を、Ｒは６５０ｎｍの光線により発生する収差を示している。図１１は４０％像高での収差図を、図１２は８０％像高での収差図を示している。 10 to 12 are characteristic diagrams corresponding to Table 1, FIG. 10 is a characteristic diagram showing on-axis aberration diagrams, B is an aberration generated by a 450 nm light beam, and G is an aberration generated by a 555 nm light beam. , R represents an aberration generated by a light beam having a wavelength of 650 nm. FIG. 11 shows aberration diagrams at 40% image height, and FIG. 12 shows aberration diagrams at 80% image height.
同様に、図１３〜図１５は表２に対応した特性図、図１６〜図１８は表３に対応した特性図を示している。表１及び表２に示した実施例では、それぞれ図１０、図１３に示すように、軸上の収差の内、緑色（５５５ｎｍ）光束と赤色（６５０ｎｍ）光束により発生する収差については良好に補正されている。が青色（４５０ｎｍ）光束では最大１．７ｍｍの収差が発生する。 Similarly, FIGS. 13 to 15 show characteristic diagrams corresponding to Table 2, and FIGS. 16 to 18 show characteristic diagrams corresponding to Table 3, respectively. In the examples shown in Table 1 and Table 2, as shown in FIGS. 10 and 13, the aberrations caused by the green (555 nm) light beam and the red (650 nm) light beam among the axial aberrations are well corrected. Has been. However, aberrations of up to 1.7 mm occur with a blue (450 nm) luminous flux.
本願発明の照明系はダイクロイックミラーによって白色光束を赤、青、緑の順に三原色の光束に分離し、それぞれの光束を異なる角度で同一の液晶パネルに入射させる構成となっている。このため、図１９、図２０に示すように液晶パネルにより変調された三原色の光束が投写用レンズ装置の入射瞳を通過する時、液晶パネルの画面水平方向に分かれて通過する。そこで、入射瞳の周辺を通過すると発生する収差が最も大きい青色光束が入射瞳の中心を通過するように、ダイクロイックミラーによって白色光束を色分離する。さらに、図１１、図１２及び図１４、図１５に示すように赤色光束によって発生する収差の向き（正符号）を倍率色収差（緑色光束と赤色光速束の結像位置のずれで表し、通常は負符号）をキャンセルする方向に補正すると良い。以上が表１、表２に示した本願発明の実施例を基に照明光学系を含めて、フォーカス性能を向上させる具体例である。比較のため表３に示した本願発明の実施例では、図１６に示すように軸上の収差については、緑色光束と赤色光束、青色光束全てにおいて発生する収差が良好に補正されている。一方、軸外については図１７、図１８に示すように赤色光束によって発生する収差が一旦負符号を持ち（特に８０％像幸高）倍率色収差（緑色光束と赤色光速束の結像位置のずれで表し、通常は負符号）と重なってスクリーン上の像が色ごと大きくずれ、観た目のフォーカス性能が著しく低下する。 The illumination system of the present invention has a configuration in which a white light beam is separated into three primary color light beams in the order of red, blue, and green by a dichroic mirror, and the respective light beams are incident on the same liquid crystal panel at different angles. For this reason, as shown in FIGS. 19 and 20, when the light beams of the three primary colors modulated by the liquid crystal panel pass through the entrance pupil of the projection lens device, they pass separately in the horizontal direction of the screen of the liquid crystal panel. Therefore, the white light beam is color-separated by the dichroic mirror so that the blue light beam that generates the largest aberration when passing through the vicinity of the entrance pupil passes through the center of the entrance pupil. Furthermore, as shown in FIGS. 11, 12, 14, and 15, the direction of aberration (positive sign) generated by the red light beam is represented by the lateral chromatic aberration (the shift of the image formation position between the green light beam and the red light flux). It is better to correct in the direction of canceling the negative sign. The above is a specific example of improving the focusing performance including the illumination optical system based on the embodiments of the present invention shown in Tables 1 and 2. In the embodiment of the present invention shown in Table 3 for comparison, aberrations occurring in all of the green light beam, the red light beam, and the blue light beam are corrected satisfactorily as shown in FIG. On the other hand, with respect to the off-axis, as shown in FIGS. 17 and 18, the aberration generated by the red light beam once has a negative sign (especially 80% image height), and the lateral chromatic aberration (the misalignment of the image position of the green light beam and the red light flux). And the image on the screen largely deviates for each color, and the visual focusing performance is significantly deteriorated.
表１表２に示された投写用レンズ装置と表３に示された投写用レンズ装置の違いは、第５、第６レンズの焦点距離と分散及び、第７、第８レンズの合成焦点距離に基ずき、
Ｐ７８／Ｐ０＜ −０．２
０．４＞ Ｐ６／Ｐ０
νｄ６＞３７．３
但し、 Ｐ７８：第７、第８レンズの合成焦点距離の逆数（屈折力）、
Ｐ０：投写用レンズ全系の合成焦点距離の逆数（屈折力）、
Ｐ６：第６レンズの合成焦点距離の逆数（屈折力）、
νｄ６：第６レンズのアッベ数
である。
The difference between the projection lens device shown in Table 1 and Table 2 and the projection lens device shown in Table 3 is that the focal length and dispersion of the fifth and sixth lenses and the combined focal length of the seventh and eighth lenses Based on
P78 / P0 <−0.2
0.4> P6 / P0
νd6> 37.3
However, P78: Reciprocal number (refractive power) of the combined focal length of the seventh and eighth lenses,
P0: reciprocal (refractive power) of the combined focal length of the entire projection lens system,
P6: Reciprocal of the combined focal length of the sixth lens (refractive power),
νd6: Abbe number of the sixth lens
It is.
一方、本願発明の投写用レンズ装置は、画角が９０度近い超広角であるにも拘わらず０.５％と実用上問題の無いレベルにある。 On the other hand, the projection lens device of the present invention is at a level that is practically no problem at 0.5% despite the ultra wide angle of view being nearly 90 degrees.
また、本発明にかかる投写用レンズ装置の明るさを示すＦナンバーは、１．５程度と、従来技術による画角９０度を超える超広角の投写用レンズ装置Ｆナンバー２.４から４.５に比べ非常に小さく、十分な明るさが確保出来る。 The F-number indicating the brightness of the projection lens apparatus according to the present invention is about 1.5, which is an ultra-wide-angle projection lens apparatus F-number 2.4 to 4.5 according to the prior art with an angle of view exceeding 90 degrees. Compared to, it is very small and sufficient brightness can be secured.
また、スクリーン全面においてハイフォーカスを実現し、明るい画像を得るために本発明の投写レンズ装置はスクリーン中心で結像する光線束とスクリーン最外周部で結像する光線束が重ならない位置に非球面レンズを設けている。 In addition, in order to achieve high focus on the entire screen and to obtain a bright image, the projection lens apparatus of the present invention has an aspherical surface at a position where the light beam focused at the center of the screen and the light beam focused at the outermost periphery of the screen do not overlap. A lens is provided.
さらに、本願発明の３群構成の投写レンズ装置は光軸上の射出瞳サイズより画面周辺で結像する光束が通過する射出瞳サイズの方が大きくなるため、さらに光束の主光線が投写レンズ装置の光軸にほぼ平行になるテレセントリックな構成のため十分な周辺光量比を確保することが出来る。画角が９０度近い超広角であるにも拘わらず、液晶パネルの各位置から入射する光束の主光線が投写レンズ装置の光軸にほぼ平行となるテレセントリックな構成とすることで画面最外周部（１００％コーナー）で５０％以上と実用上問題の無いレベルにある。 Furthermore, since the projection lens apparatus having the three-group structure according to the present invention has a larger exit pupil size through which a light beam that forms an image on the periphery of the screen passes than an exit pupil size on the optical axis, the principal ray of the light beam is further generated by the projection lens apparatus. Because of the telecentric configuration that is almost parallel to the optical axis, a sufficient peripheral light quantity ratio can be ensured. Even though the angle of view is nearly 90 degrees, the outermost peripheral part of the screen has a telecentric configuration in which the principal ray of the light beam incident from each position of the liquid crystal panel is almost parallel to the optical axis of the projection lens device. (100% corner) is 50% or more, and there is no practical problem.
本発明の実施例では、前述したように、投写用レンズ装置全系の正屈折力を全て第２レンズ群に集め、そのスクリーン側と液晶パネル側に負の屈折力を有するレンズ群を配置している。 In the embodiment of the present invention, as described above, all the positive refracting powers of the entire projection lens apparatus are collected in the second lens group, and the lens groups having negative refracting power are arranged on the screen side and the liquid crystal panel side. ing.
次に、第１レンズ群Ｇ１を構成する４枚のレンズは、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３が、前述したように、全てスクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズで、収差の発生を押さえながら像面湾曲を補正している。 Next, the four lenses constituting the first lens group G1 are negative meniscus lenses in which the first lens L1, the second lens L2, and the third lens L3 are all convex meniscus lenses facing the screen side as described above. The curvature of field is corrected while suppressing the occurrence of aberrations.
また、本発明の投写用レンズ装置において、投写距離を変えてスクリーン上に拡大投影する映像の倍率を変化させた場合のフォーカス調整は、図５に示すように、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔を変えることで実現出来る。この時、発生する像面湾曲と倍率色収差の変化は、第４レンズＬ４を光軸に沿って移動させることで吸収できる。 Further, in the projection lens apparatus of the present invention, as shown in FIG. 5, the focus adjustment when the magnification of the image to be enlarged and projected on the screen is changed by changing the projection distance is adjusted with the second lens group G2 and the third lens group G3. This can be realized by changing the interval of the lens group G3. At this time, the generated curvature of field and lateral chromatic aberration can be absorbed by moving the fourth lens L4 along the optical axis.
図５に示す投写レンズ装置の外鏡筒２に、図９に示すような液晶パネルにより変調された光束のうち結像に関与する光束を通過し、結像に関与しない光束を吸収遮光する円形以外の形状を有する開口孔９−１を設ける。さらにこの光束入射面であるＬ１１側面９−３に凹凸の光吸収構造９−４を設ける。この形状はヘアーライン状の筋もしくはシボ加工、マット面等にして反射光線は液晶パネル側に戻るのを防ぐ構成としても良い。この結果、結像に関与しない光束がスクリーン上に到達しないのでコントラスト性能が向上する。
5 passes through the
次に、本発明の実施例に示した投写用レンズ装置における３枚のプラスチック非球面レンズのうち、第１レンズＬ１は、レンズの屈折力を出来るだけ小さくし、さらに、均一な肉厚のレンズ形状とすることでプラスチックレンズ特有の温度変化や吸湿に伴う形状と屈折率変化による屈折力の変動を軽減する設計としている。 Next, of the three plastic aspherical lenses in the projection lens apparatus shown in the embodiment of the present invention, the first lens L1 has a lens having a uniform thickness and a refractive power as small as possible. By adopting the shape, the design is designed to reduce the variation in refractive power due to the shape and refractive index change associated with temperature changes and moisture absorption specific to plastic lenses.
また、第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１は、レンズの屈折力の絶対値をほぼ等しくして、それぞれのレンズにより生じる温度変化や吸湿に伴う形状と屈折率変化による屈折力の変動を相殺する設計としている。 In addition, the tenth lens L10 and the eleventh lens L11 make the absolute values of the refractive powers of the lenses substantially equal to cancel the variation in refractive power caused by the temperature change or moisture absorption caused by the respective lenses and the refractive index change. Designed.
第７レンズは高分散材料から成る両凹レンズで両凸レンズである第８レンズエレメントと貼り合わせて主に軸上色収差の補正を行っている。 The seventh lens is a biconcave lens made of a high dispersion material and is bonded to the eighth lens element, which is a biconvex lens, to mainly correct axial chromatic aberration.
以上、本発明の実施例としての投写用レンズ装置のレンズデータを基に、その特徴を述べた。 The characteristics of the projection lens apparatus according to the embodiment of the present invention have been described above.
本実施例においては、１０次の非球面係数ＡＨまで使用した非球面について述べたが、この他に１２次以上の高次の係数が含まれている場合の構成についても、本発明に含まれることは言うまでもない。 In this embodiment, the aspherical surface used up to the 10th-order aspherical coefficient AH has been described. However, the present invention also includes a configuration in which a higher-order coefficient of 12th order or higher is included. Needless to say.
ところで、液晶パネルと偏光板は、温度が上昇する（例えば７０℃）と、その偏光特性、特に偏光度（偏光板の偏光面に対して０°と９０°の角度をなす光の、偏光板を通過したときの光の量の比率）が低下する性質を持っている。よって、温度が上昇すると画面のコントラスト性能が低下する。これを防止すべく、本発明では、液晶パネルと偏光板とを冷却用の液体により冷却する。このようにすれば、空気を用いて強制的に冷却する方式に比べ、液晶パネルと偏光板の温度を約７℃〜１０℃低下させることができるので、ディスプレイ装置のコントラスト性能を約１０％程向上させることができる。 By the way, when the temperature rises (for example, 70 ° C.), the polarization characteristics of the liquid crystal panel and the polarizing plate, particularly the degree of polarization (light having an angle of 0 ° and 90 ° with respect to the polarization plane of the polarizing plate) (The ratio of the amount of light when passing through) is reduced. Therefore, the contrast performance of the screen decreases as the temperature rises. In order to prevent this, in the present invention, the liquid crystal panel and the polarizing plate are cooled by a cooling liquid. In this way, the temperature of the liquid crystal panel and the polarizing plate can be lowered by about 7 ° C. to 10 ° C., compared with the method of forcibly cooling using air, so that the contrast performance of the display device is about 10%. Can be improved.
また、液晶パネル及び偏光板は、高温下（例えば最大７０℃）で使用し続けると、コントラスト性能が低下する。しかしながら、液晶パネル及び偏光板を冷却液中で使用すれば、例えば、その使用温度が１０℃低下した場合、それらの寿命を約１．５もしくは２倍ほど延ばすことができる。 Further, when the liquid crystal panel and the polarizing plate are continuously used at a high temperature (for example, a maximum of 70 ° C.), the contrast performance is lowered. However, if the liquid crystal panel and the polarizing plate are used in the cooling liquid, for example, when the use temperature is lowered by 10 ° C., the lifetime thereof can be extended by about 1.5 or 2 times.
図５に示したように、偏光板８を冷却液９内に配置して冷却するためには、偏光板８は、一対のガラス板でサンドウィッチし、周辺部の全てを覆うように（外部から冷却液が侵入しないように）、例えばシリコンのような粘着性を有するものをその材料とするリング状のシール部材によりシールして密封すると良い。
As shown in FIG. 5, in order to cool the
通常、冷却液９は、エチレン・グリコール、デシレン・グリコール、グリセリン、もしくはそれらの混合液等の有機溶剤が使用されおり、樹脂を延伸して形成した偏光板８を直接冷却液に浸すと偏光板を溶解させる恐れがある。従って、本実施例では、偏光板８を一対のガラス板の間に配置することにより、偏光板８が冷却液９に直接的に接触しないように保護する構成としている。
Usually, the cooling liquid 9 uses an organic solvent such as ethylene glycol, decylene glycol, glycerin, or a mixture thereof. When the
次に明るさを向上させるため、本願発明の実施例では、上述した投写用レンズ装置を採用する他に、第２の手段として透過型スクリーンに入射する光束をｐ偏光として投写用レンズ装置を構成するレンズエレメントとスクリーンでの反射損失を低減する。この結果、レンズエレメント間での多重反射が低減され、投影像のコントラストも向上する。一方、スクリーンにおいても多重反射（特にフレネルレンズ面）が低減でき、投影像のコントラストが大幅に向上する。 Next, in order to improve the brightness, in the embodiment of the present invention, in addition to adopting the projection lens device described above, the projection lens device is configured by using the light beam incident on the transmission screen as p-polarized light as the second means. To reduce reflection loss at the lens element and screen. As a result, multiple reflections between the lens elements are reduced, and the contrast of the projected image is improved. On the other hand, multiple reflections (particularly the Fresnel lens surface) can be reduced on the screen, and the contrast of the projected image is greatly improved.
明るさ向上の第３の手法として、図３に示すように白色光源からの白色光束を三原色の光束に分離し、かつそれぞれの光束を異なる角度で液晶パネルに入射させるダイクロイックミラーとして、白色光源Ｌａ１側から順に、シアン（青と緑）透過のダイクロイックミラーＤＭ３と、黄色（緑と赤）透過のダイクロイックミラーＤＭ２と、赤透過のダイクロイックミラーＤＭ１とを組み合わせる。尚、図３中のマイクロレンズアレイＭＬＢの光出射側に配置されたＦＬ１、及びダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２，ＤＭ３の光出射側に配置されたＦＬ２は、マルチレンズアレイＭＬＡ、ＭＬＢからの光束を略平行にするためのフィールドレンズである。 As a third technique for improving the brightness, as shown in FIG. 3, a white light source La1 is used as a dichroic mirror that separates a white light beam from a white light source into light beams of three primary colors and makes each light beam enter the liquid crystal panel at different angles. In order from the side, a dichroic mirror DM3 that transmits cyan (blue and green), a dichroic mirror DM2 that transmits yellow (green and red), and a dichroic mirror DM1 that transmits red are combined. Note that FL1 disposed on the light exit side of the microlens array MLB and FL2 disposed on the light exit side of the dichroic mirrors DM1, DM2, and DM3 in FIG. 3 substantially omit the light beams from the multi-lens arrays MLA and MLB. It is a field lens for making it parallel.
このとき、それぞれのダイクロイックミラーの反射率が５０％以上となる波長Ｔ５０％を明るさと色純度を考慮して最適値とする。白色光源Ｌａ１としては、超高圧水銀ランプ（例えば、フィリップス社製：ＵＨＰランプ）など発光効率の優れたものが上市されている。しかしながら、このランプは水銀ランプを基にしているため図２３に示すように、青色光の波長領域側に比べて赤色光の波長領域の発光エネルギーが弱く、セットの赤色純度と明るさの両立が難しい。そこで本発明者らは、図２３に示す発光エネルギー分布を有する超高圧水銀ランプを使用して照明光学系を試作した。超高圧水銀ランプからＰＢＳの間には、図２４に示す分光透過率特性を有するフィルターＦ１を設け、紫外線と赤外線をカットした。更に、この時用いたダイクロミラーの特性として、白色光源側から順に図２７に示す分光透過率特性を有するシアン（青と緑）透過のダイクロイックミラーＤＭ１と図２６に示す分光透過率を有する黄色（緑と赤）透過のダイクロイックミラーＤＭ２と図２５に示す分光透過率を有する赤透過のダイクロイックミラーＤＭ３とを組み合わせ、透過率特性が急峻に変化する部分の傾きを、ＤＭ１が６．４％／ｎｍ、ＤＭ２が６．８％／ｎｍ、ＤＭ３が６．８％／ｎｍ以上とし、かつそれぞれのダイクロイックミラーの反射率が５０％以上Ｔ５０％となる波長が次の条件を満足させることで明るさと色純度が両立された投写用光学装置を実現できることを確認した。但し、λＤＭ１はシアン（青と緑）透過のダイクロイックミラーＤＭ１の反射率が５０％以上Ｔ５０％となる波長、λＤＭ２は黄色（緑と赤）透過のダイクロイックミラーＤＭ２の反射率が５０％以上Ｔ５０％となる波長、λＤＭ３は赤透過のダイクロイックミラーＤＭ３の反射率が５０％以上Ｔ５０％となる波長を示している。 At this time, the wavelength T50% at which the reflectance of each dichroic mirror is 50% or more is set to an optimum value in consideration of brightness and color purity. As the white light source La1, a light source having excellent luminous efficiency such as an ultra high pressure mercury lamp (for example, a Philips product: UHP lamp) is put on the market. However, since this lamp is based on a mercury lamp, as shown in FIG. 23, the emission energy in the red light wavelength region is weaker than that in the blue light wavelength region side, and both the red purity and brightness of the set are compatible. difficult. Therefore, the inventors made a prototype of an illumination optical system using an ultrahigh pressure mercury lamp having a light emission energy distribution shown in FIG. A filter F1 having a spectral transmittance characteristic shown in FIG. 24 was provided between the ultra-high pressure mercury lamp and the PBS to cut ultraviolet rays and infrared rays. Further, as the characteristics of the dichroic mirror used at this time, a cyan (blue and green) transmissive dichroic mirror DM1 having the spectral transmittance characteristics shown in FIG. 27 in order from the white light source side and the yellow having the spectral transmittance shown in FIG. (Green and red) Transmission dichroic mirror DM2 and red transmission dichroic mirror DM3 having the spectral transmittance shown in FIG. 25 are combined, and the slope of the portion where the transmittance characteristic changes sharply is DM1 = 6.4% / nm. , DM2 is 6.8% / nm, DM3 is 6.8% / nm or more, and the wavelength at which the reflectance of each dichroic mirror is 50% or more and T50% satisfies the following conditions. It was confirmed that a projection optical device with both purity levels can be realized. However, λDM1 is a wavelength at which the reflectance of the dichroic mirror DM1 transmitting cyan (blue and green) is 50% or more and T50%, and λDM2 is a reflectance of the dichroic mirror DM2 transmitting yellow (green and red) is 50% or more and T50%. ΛDM3 indicates a wavelength at which the reflectance of the red transmitting dichroic mirror DM3 is 50% or more and T50%.
λＤＭ１ ≧ ５８５
λＤＭ２ ≦ ５２０
λＤＭ３ ≧ ５８０
また明るさ向上のための第４の手法として、図３に示す白色光源Ｌａ１から表液晶パネル７までの間に、偏光ビームスプリッタＰＢＳを配置し偏光合成することで所望の偏光成分のみを約５０％増やすことができる。この時、ｐ偏波成分のみを取り出すことで複数のレンズ素子から成り一対のマルチレンズアレイＭＬＡ、ＭＬＢでの反射損失を低減できる。マルチレンズアレイの一実施例を図３８に示す。３８１は保持枠で基準平面を有し、光学装置筐体に高精度に取り付けが可能となる。また、３８２はマイクロレンズアレイを構成するレンズ素子である。
λDM1 ≧ 585
λDM2 ≦ 520
λDM3 ≧ 580
Further, as a fourth method for improving the brightness, a polarization beam splitter PBS is disposed between the white light source La1 and the front
マイクロレンズアレイにｐ偏光を入射させるとｓ偏波入射と比べて一面当たり反射率が約３％低減できる。更に、前述のダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３と反射ミラーＭ１、Ｍ２を偏光ビームスプリッタＰＢＳに対して光学的に垂直になるように配置し偏光成分がｓ偏光となるようにする。これにより光路折り返しミラーの反射率が大きくなるので明るさが向上する。 When p-polarized light is incident on the microlens array, the reflectance per surface can be reduced by about 3% compared to s-polarized light incident. Further, the dichroic mirrors DM1, DM2, DM3 and the reflection mirrors M1, M2 are arranged so as to be optically perpendicular to the polarization beam splitter PBS so that the polarization component becomes s-polarized light. This increases the reflectance of the optical path folding mirror, thereby improving the brightness.
更に、明るさ向上のための第５の手法としては、白色光源Ｌａ１に近い第１のマルチレンズアレイＭＬＡに設けた個々のレンズにより分割された光束は液晶パネル側に位置する第２のマルチレンズアレイＭＬＢの対向するレンズにより拡大され液晶パネル７に投影されるが、この時、白色光源の分光エネルギー分布が弱い順（赤、青、緑）に分離する。この結果、第２のマルチレンズアレイＭＬＢから液晶パネル７までの光路は赤色光束が最も短くなるので投影倍率が小さくなり、収差によるボケが少なく赤色光束のエネルギー密度を大きくできる。
Further, as a fifth technique for improving the brightness, the light beam divided by the individual lenses provided in the first multi-lens array MLA close to the white light source La1 is a second multi-lens positioned on the liquid crystal panel side. The image is magnified by the opposing lenses of the array MLB and projected onto the
一方、図２８に示すように青色光束は比視感度が低いことと、投写用レンズ装置の青色光束の透過率が低いこと。更には、白色光源から出る紫外線を反射するフィルターＦ１を光路中に設けるので、有効に使用できる青色光束のエネルギーが小さくなる。そこで、図１９、図２０に示すように、前述したように投写用レンズ装置の入射瞳の中央を青色光束が通過し液晶パネルの中央のＴＦＴ開口部を通過するように、赤色に次いで色分離を行う。この結果、スクリーン上で３色加色した場合に得られる白色光の明るさ並びに各３原色の明るさを最大にできる。 On the other hand, as shown in FIG. 28, the blue luminous flux has low specific visibility, and the transmittance of the blue luminous flux of the projection lens device is low. Furthermore, since the filter F1 that reflects the ultraviolet rays emitted from the white light source is provided in the optical path, the energy of the blue light beam that can be used effectively is reduced. Therefore, as shown in FIGS. 19 and 20, as described above, color separation is next to red so that the blue light beam passes through the center of the entrance pupil of the projection lens device and passes through the TFT opening at the center of the liquid crystal panel. I do. As a result, the brightness of white light obtained when three colors are added on the screen and the brightness of each of the three primary colors can be maximized.
尚、図１９の構成は画素がインライン配列されているのに対し、図２０の構成ではデルタ配列の実施例である。 The configuration of FIG. 19 is an example of a delta arrangement in the configuration of FIG.
一方、紫外線は投写用光学装置の筐体である合成樹脂を劣化させる。このため、直接白色光が筐体に入射しないように金属製の絞り３１を設け保護すると良い。
On the other hand, the ultraviolet rays deteriorate the synthetic resin that is the casing of the projection optical device. For this reason, it is preferable to provide and protect a
更に、本発明の実施例においてコントラスト性能を向上させるための第１の手法として、本発明に係る投写型画像ディスプレイ装置は、図５に示すように液晶パネル７と偏光板８（入射側偏光板は図示せず）とを有し、液晶パネル７と投写用レンズ装置の最も液晶パネル側に近いレンズエレメントＬ１１との間に形成された空間内に、冷却用液体を充填する。液晶パネルとその前面に配置された偏光板は、温度が高くなる（７０℃程度）と熱の影響により偏光特性が低下してコントラスト性能が低下する場合がある。上記本発明の構成では、液晶パネル及び偏光板を液体（冷媒）によりに冷却するので、空冷式のものに比べ、効率良く両者を冷却することができる。このため、温度上昇の影響により生じる偏光特性の劣化に伴うコントラスト性能の低下を防止して高画質の映像を得ることができる。
Furthermore, as a first method for improving the contrast performance in the embodiment of the present invention, the projection type image display apparatus according to the present invention includes a
また、上記冷却用液体は表１から表３に示すように、波長５８７.６（ｎｍ）の光に対する屈折率が１.２以上の媒質にすれば、映像光の反射が軽減されるので更なる高コントラスト化が可能となる。 Further, as shown in Tables 1 to 3, if the cooling liquid is a medium having a refractive index of 1.2 or more with respect to light having a wavelength of 587.6 (nm), reflection of image light is reduced. High contrast can be achieved.
また、第２の手法は、前述したように投写レンズ装置のレンズ鏡筒に、液晶パネルにより変調された光束のうち結像に関与する光束を通過し、結像に関与しない光束を吸収遮光する形状を有する開口孔を設けることで結像に関与しない光束がスクリーン上に到達しないのでコントラスト性能が向上する。 In the second method, as described above, the light beam modulated by the liquid crystal panel passes through the lens barrel of the projection lens apparatus, and the light beam not involved in the image formation is absorbed and shielded. By providing the aperture having the shape, the light flux that does not participate in image formation does not reach the screen, so that the contrast performance is improved.
更に、第３の手法としては、図３１から図３６に示した透過型スクリーンに白色光源Ｌａ１の発光スペクトル（図２３のランプの発光エネルギーと図２８から図３０に示した比視感度の積）が最も強い緑色光を吸収するフィルター特性を備えてより成る。本発明者らは、図３７に示す吸収特性を持つ透過型スクリーンを試作してコントラスト性能の確認を行った。５５５ｎｍ近傍の吸収を１１％増加させることでコントラスト性能が６％向上した。透過型スクリーンの形態としては、図３１及び図３２に示されたように、レンチキュラーシート２７ｂ、２８ｂとフレネルレンズシート２７ａ、２８ａの２枚構成のものと図３３及び図３４に示すレンチキュラーシート２７ｂ、２８ｂとフレネルレンズシート２７ａ、２８ａと波長選択性フィルター２９ｃ、３０ｃの３枚構成のものがある。それぞれの構成において映像観視側に最も近い位置に配置した構成部品に波長選択性フィルターを設けることがコントラスト性能の改善に最も効果が大きい。
Further, as a third method, the light emission spectrum of the white light source La1 on the transmissive screen shown in FIGS. 31 to 36 (the product of the light emission energy of the lamp of FIG. 23 and the relative luminous sensitivity shown in FIGS. 28 to 30). It has a filter characteristic that absorbs the strongest green light. The inventors made a prototype of a transmission screen having the absorption characteristics shown in FIG. 37 and confirmed the contrast performance. Contrast performance was improved by 6% by increasing the absorption near 555 nm by 11%. As shown in FIGS. 31 and 32, the transmission screen has two
他の実施例としては、図３５に示すように映像光束出射面にフレネルレンズを設けたフレネルレンズシート２８ａ（映像光束入射面は画面水平方向を長手方向としたレンチキュラーレンズを画面垂直方向に並べた形状として図示）と、第１の構成要素としてスクリーン画面垂直方向を長手方向としたレンチキュラーレンズを画面水平方向に連続して配置した形状を成し、それぞれのレンチキュラーレンズの焦点近傍には映像光束が通過するための光透過窓３１６が設けてある。さらに隣りあった光通過窓の間には光吸収層３１３を設け外光の影響によるコントラストの低下を防止している。第１の構成要素の光軸方向の厚さはレンズ形状が楕円の場合にはレンズピッチの１．５倍程度であり仮に非球面を用いて焦点位置をずらしても５倍程度である。このため、レンズピッチを細かくすると厚さも薄くなり機械的な強度が低下する。そこで、本願発明においては、第２の構成要素（コスト面から熱可塑性樹脂を用いるのが一般的）に前記第１の構成要素を接着または、粘着する。本発明者らは、この第２の構成要素に染料または顔料を混入し図３７に示す吸収特性を持つ透過型スクリーンを試作してコントラスト性能の確認を行った。５５５ｎｍ近傍の吸収を１２％増加させることでコントラスト性能が６％向上した。また、この第２の構成要素の映像観視側表面に反射防止膜３１１を設けると外光がスクリーンに入射した場合のコントラスト性能低下が大幅に改善できる。図３６は図３５に示した透過型スクリーンの観視側に波長選択性フィルター３２１を設け３枚構成としたものである。
As another embodiment, as shown in FIG. 35, a
以上述べた波長選択性フィルターを設けた透過型スクリーンを用いることで、外光がスクリーン面に入射しても、得られる画像のコントラスト性能が低下し難くなる。 By using the transmissive screen provided with the wavelength selective filter described above, even if external light is incident on the screen surface, the contrast performance of the obtained image is hardly lowered.
最後に、本願発明の実施例において、色純度を改善するための第１の手法は、前述のダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２，ＤＭ３を、偏光ビームスプリッタＰＢＳに対して光学的に直交する位置に配置することで、ダイクロイックミラーにとってｓ偏光とすることで実現できる。 Finally, in the embodiment of the present invention, the first method for improving the color purity is to place the above-described dichroic mirrors DM1, DM2, DM3 at positions optically orthogonal to the polarization beam splitter PBS. Thus, it can be realized by using s-polarized light for the dichroic mirror.
白色光源側から順に図２７に示す分光透過率特性を有するシアン（青と緑）透過のダイクロイックミラーＤＭ１と図２６に示す分光透過率を有する黄色（緑と赤）透過のダイクロイックミラーＤＭ２と図２５に示す分光透過率を有する赤透過のダイクロイックミラーＤＭ３とを組み合わせ、透過率特性が急峻に変化する部分の傾きを、ＤＭ１が６．４％／ｎｍ、ＤＭ２が６．８％／ｎｍ、ＤＭ３が６．８％／ｎｍ以上となり、かつダイクロイックミラーの分光透過率特性の立ち上がり部分の傾きを急峻に成り色純度が向上する。 The cyan (blue and green) transmissive dichroic mirror DM1 having the spectral transmittance characteristics shown in FIG. 27 and the yellow (green and red) transmissive dichroic mirror DM2 having the spectral transmittance shown in FIG. In combination with a red-transmitting dichroic mirror DM3 having the spectral transmittance shown in FIG. 4, the slope of the portion where the transmittance characteristics change sharply is 6.4% / nm for DM1, 6.8% / nm for DM2, and DM3 for DM3. It becomes 6.8% / nm or more, and the slope of the rising portion of the spectral transmittance characteristic of the dichroic mirror becomes steep and the color purity is improved.
また、それぞれのダイクロイックミラーは図２１に示すように近接して配置されているため、たとえば、図２７に示す分光透過率特性を有するシアン（青と緑）透過のダイクロイックミラーＤＭ１の短波長領域（５６０ｎｍ以下の波長領域）の透過率が２％程度低下するとＤＭ１において赤色成分の他に緑色と青色成分が反射し、混色が発生して色純度が低下する。さらに、 ＤＭ２にも同様の透過率低下が生じる図２１の反射光Ｄと反射光Ｅが発生し図２２に示すように、正規のＴＦＴ開口部以外に反射光が入射して色純度が低下する。 Further, since the dichroic mirrors are arranged close to each other as shown in FIG. 21, for example, the short wavelength region (for example, cyan (blue and green) transmissive dichroic mirror DM1 having the spectral transmittance characteristic shown in FIG. 27) When the transmittance in the wavelength region of 560 nm or less is reduced by about 2%, in DM1, the green and blue components are reflected in addition to the red component, color mixing occurs and the color purity is reduced. Further, the DM2 also has the same transmittance drop, and the reflected light D and reflected light E shown in FIG. 21 are generated. As shown in FIG. .
筆者らの検討ではこの透過率低下は１％程度なら実用上問題のないレベルとなるが、０．５％以内とすればさらに優れた色純度が得られる。 According to the study by the authors, this decrease in transmittance is at a level that causes no practical problem if it is about 1%, but if it is within 0.5%, further excellent color purity can be obtained.
また、第２の手法として、図４に示すように、白色光源Ｌａ１に近い第１のマルチレンズアレイＭＬＡに設けた個々のレンズにより分割された光束は、液晶パネル側に位置する第２のマルチレンズアレイＭＬＢの対向するレンズにより拡大され液晶パネルに投影される。この時、白色光源Ｌａ１の分光エネルギー分布（図２３のランプの発光エネルギーと図２８から図３０に示した比視感度の積）が弱い順（赤、青、緑）に分離する。この結果、第２のマルチレンズアレイＭＬＢから液晶パネル７までの光路は赤色光束が最も短くなるので投影倍率が小さくなり、赤色光束のエネルギー密度が大きくなり色純度も向上する。さらに、図２２に示すように、液晶パネルのマイクロレンズアレイに入射する際に比視感度が最も高く光源の発光スペクトルも強い緑色光束（ＤＭ３の反射光）と同一マイクロレンズアレイ２０８内で隣接していないため、この一部がマイクロレンズ相互の繋ぎ部分で発散し、光源の発光スペクトルの最も弱い赤色光束（ＤＭ１の反射光）に混色し難くなるため色純度が向上する。
As a second method, as shown in FIG. 4, the light beams divided by the individual lenses provided in the first multi-lens array MLA close to the white light source La1 are second multi-positions located on the liquid crystal panel side. The image is magnified by the facing lens of the lens array MLB and projected onto the liquid crystal panel. At this time, the spectral energy distribution of the white light source La1 (the product of the light emission energy of the lamp in FIG. 23 and the specific luminous sensitivity shown in FIGS. 28 to 30) is separated in the order of decreasing (red, blue, green). As a result, the optical path from the second multi-lens array MLB to the
さらに、図４に示すごとく白色光源に近い第１のマルチレンズアレイＭＬＡに設けた個々のレンズの繋ぎ部分の面精度不良により、分割された光束は液晶パネル側に位置する第２のマルチレンズアレイＭＬＢの対向するレンズに全て入射せず、一部は隣あったレンズに入射する。（図４参照）この結果、拡大された光束は液晶パネルに正規の角度で入射せず混色を起こす原因となる。このとき、ダイクロミラーに異なった角度で入射して波長シフトを起こし色純度が低下する。そこで、第３の手法として、またこの異常光が投写光学装置の側面や上下面に入射しても異常光のエネルギーが減衰するように投写光学装置の側面や上下面に鋸型突起４１ａ、４１ｂ、４４ａ、４４ｂやシボ加工またはマット処理等を施し反射率を低減させる。さらに、異常光が通過しないように開口絞り４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４５ａ、４５ｂを光路中に設け、不要な光束を遮光吸収することでダイクロイックミラーに入射する異常光束を低減し、色純度の低下を押さえる。 Further, as shown in FIG. 4, the divided multi-beams are located on the liquid crystal panel side due to poor surface accuracy of the connecting portions of the individual lenses provided in the first multi-lens array MLA close to the white light source. It does not enter all the lenses facing the MLB, and some of them enter the adjacent lenses. As a result, the expanded luminous flux does not enter the liquid crystal panel at a normal angle and causes color mixing. At this time, the light enters the dichroic mirror at a different angle to cause a wavelength shift, and the color purity is lowered. Therefore, as a third method, the saw-shaped protrusions 41a and 41b are formed on the side surface and the upper and lower surfaces of the projection optical apparatus so that the energy of the abnormal light is attenuated even when the abnormal light is incident on the side and upper and lower surfaces of the projection optical apparatus. 44a, 44b, embossing or mat processing, etc., to reduce the reflectance. Furthermore, an aperture stop 42a, 42b, 43a, 43b, 45a, 45b is provided in the optical path so that extraordinary light does not pass through, and the extraneous light beam is shielded and absorbed to reduce the extraordinary light beam incident on the dichroic mirror, resulting in color purity. Hold down the decline.
更に第５の手法として、透過型スクリーンに白色光源の発光スペクトルが最も強い緑色光を吸収するフィルター特性を備える。これにより、赤色光と青色光に混色した発光スペクトルが最も強い緑色光を減衰させることで残りの色光の色純度を向上させる。実際に図３５に示す構成の透過型スクリーンの第２の構成要素に顔料を混入し図３７に示す吸収特性を持つ透過型スクリーンを試作して色純度向上の確認を行った。５５５ｎｍ近傍の吸収を１２％増加させることで赤色に混色していた緑色光のエネルギーが減衰し、赤色光の色度（ｘ＝０．５６５、ｙ＝０．３６５）が（ｘ＝０．５８１、ｙ＝０．３７１）に改善された。 Further, as a fifth method, the transmission screen is provided with a filter characteristic that absorbs green light having the strongest emission spectrum of the white light source. Thereby, the color purity of the remaining color light is improved by attenuating the green light having the strongest emission spectrum mixed with red light and blue light. Actually, a pigment was mixed in the second component of the transmission screen having the configuration shown in FIG. 35, and a transmission screen having the absorption characteristics shown in FIG. 37 was prototyped to confirm improvement in color purity. By increasing the absorption near 555 nm by 12%, the energy of the green light mixed in red is attenuated, and the chromaticity (x = 0.565, y = 0.365) of the red light is (x = 0.581). Y = 0.371).
１…内鏡筒、２…外鏡筒、９−１…開口部、９−２…外鏡筒固定脚、９−３…遮光部、９−４…光吸収構造、３…取り付けネジ、４…押さえ板、５…放熱板、６…ブラケット、７…液晶パネル、８、８ａ、８ｂ…偏光板（１／２波長板含む）、９…冷却液、１０…入射側保護パネル、１１…光学ユニット、１２…投写用レンズ装置、１３…折り返しミラー、１４…スクリーン、１５…キャビネット、２０…スクリーン、２１…投写用レンズ装置、２２…液晶パネル、ＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３…ダイクロイックミラー、ＦＬ１、ＦＬ２…フィールドレンズ、ＭＬＡ…マルチレンズＡ、 ＭＬＢ…マルチレンズＢ、Ｌａ１…白色光源、Ｍ１，Ｍ２…反射ミラー、３１…絞り、ＰＢＳ…偏光ビームスプリッタ、Ｆ１…フィルター、４１ａ、４１ｂ…鋸型突起、４２ａ、４２ｂ…開口絞り、４３ａ、４３ｂ…開口絞り、４４ａ、４４ｂ…鋸型突起、４５ａ、４５ｂ…開口絞り、１７１、１８１「…投写レンズ、１７２、１８２…投写レンズの瞳、１７３、１８３…ＴＦＴ開口部、１７４、１８４…ＴＦＴ開口部、１７５、１８５…ＴＦＴ開口部、２０１… ＴＦＴ開口部、２０２… ＴＦＴ開口部、２０３… ＴＦＴ開口部、２０４…ガラス基板、２０５…液晶層、２０６…走査電極、２０７…ガラス基板、２０８…マイクロレンズアレイ、２７１、２８１…突起部、２７２、２８２…レンチキュラーレンズ（出射面）、２７３、２８３…光吸収層、２７４、２８４…拡散材、２７５、２８５…レンチキュラーレンズ（入射面）、２７６、２８６…フレネルレンズ、２７７、２８７…フレネルレンズシートの入射面、２８８…レンチキュラーレンズ、２７ａ、２８ａ…フレネルレンズシート、２７ｂ、２８ｂ…レンチキュラーレンズシート、２７ｃ、２８ｃ、２９ｄ、３０ｄ…透過型スクリーン、２９ｃ、３０ｃ…波長選択性フィルター、３１１…反射防止膜、３１２…第２の構成要素、３１３…光吸収層、３１４…第１の構成要素、３１５…レンチキュラーレンズ（入射面）、３１６…光通過窓、３１７…前面板、３１ｄ、３２ｄ…透過型スクリーン、３２１…波長選択性フィルター、３８１…保持枠、３８２…レンズ素子。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
フレネルレンズ面を少なくとも１面有するフレネルレンズシートと、
前記画像表示素子側の面形状が、スクリーン画面垂直方向を長手方向とするレンチキュラーレンズを複数個、スクリーン画面水平方向に連続的に配置した形状をなし、映像観視側の面に、前記各レンチキュラーレンズと対応する位置に光通過窓設けるとともに、前記光通過窓間に光吸収層を設けたレンチキュラーレンズシートと、
前記レンチキュラーレンズシートの映像観視側に配置され、前記白色光源の発光スペクトルが最も強い色光である５５５nm付近の緑色光を他の色光よりも多く吸収するフィルター特性を備えたシート部材と、
を有することを特徴とする透過型スクリーン。 In a transmissive screen irradiated with red, green, and blue light beams obtained from a white light beam from a white light source modulated by an image display element,
A Fresnel lens sheet having at least one Fresnel lens surface;
The surface shape on the image display element side is a shape in which a plurality of lenticular lenses whose longitudinal direction is the vertical direction of the screen screen are continuously arranged in the horizontal direction of the screen screen. corresponding provided with light passage window position the lens, and a lenticular lens sheet provided with a light absorbing layer between the light passage window,
A sheet member that is disposed on the image viewing side of the lenticular lens sheet and has a filter characteristic that absorbs green light around 555 nm, which is the color light having the strongest emission spectrum of the white light source, more than other color lights;
A transmissive screen characterized by comprising:
フレネルレンズ面を少なくとも１面有するフレネルレンズシートと、
前記画像表示素子側の面形状が、スクリーン画面垂直方向を長手方向とするレンチキュラーレンズを複数個、スクリーン画面水平方向に連続的に配置した形状をなし、映像観視側の面に、前記各レンチキュラーレンズと対応する位置に光通過窓設けるとともに、前記光通過窓間に光吸収層を設けたレンチキュラーレンズシートと、
前記レンチキュラーレンズシートの映像観視側に配置され、前記白色光源の発光スペクトルが最も強い色光である５５５nm付近の緑色光を赤及び青の色光よりも多く吸収し、赤色光及び青色光の色純度を向上させる波長選択性フィルターを持つシート部材と
を有することを特徴とする透過型スクリーン。 In a transmissive screen irradiated with red, green, and blue light beams obtained from a white light beam from a white light source modulated by an image display element ,
A Fresnel lens sheet having at least one Fresnel lens surface;
Surface shape of said image display element side, the screen vertical direction of the screen a plurality of lenticular lenses whose longitudinal direction, the screen horizontal direction of the screen without the continuously arranged shape, the surface of the image viewing side, each lenticular corresponding provided with light passage window position the lens, and a lenticular lens sheet provided with a light absorbing layer between the light passage window,
Wherein arranged in the image viewing side of the lenticular lens sheet, the green light near 555nm emission spectrum is the most intense color light of the white light source is absorbed more than the color light of red and blue, the color purity of red light and blue light And a sheet member having a wavelength selective filter for improving the transmission.
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