JPH05150158A

JPH05150158A - 投写レンズおよび投写型表示装置

Info

Publication number: JPH05150158A
Application number: JP31769291A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Miyatake; 義人宮武; Yuichi Kimura; 雄一木村; Shinya Mito; 真也三戸; Yoshimasa Fushimi; 吉正伏見
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】広角でバックフォーカス比が大きく収差補正
の良好な投写レンズと、この投写レンズを用いた投写型
表示装置に関するもので、特に大画面でありながらコン
パクトで高画質の投写画像を表示できる投写型表示装置
を提供する。【構成】スクリーン側から順に、負パワーの第１レン
ズ群８０と、負パワーの第２レンズ群８１と、正パワー
の第３レンズ群８２を配置する。第２レンズ群のパワー
は第１レンズ群８０のパワーより弱くし、各レンズ群８
０，８１，８２の間に比較的長い空気間隔を設ける。【効果】負パワーの第２レンズ群８１によりバックフ
ォーカス比を大きくすることができ、第２レンズ群８１
のパワーが弱いので第２レンズ群８１で発生する諸収差
が小さく、全系の諸収差をバランス良く補正できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ライトバルブ上に形成
された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズ
およびこの投写レンズを用いた投写型表示装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】大画面映像を得るために、ライトバルブ
に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を
照射し投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する方
法が従来よりよく知られている。最近では、ライトバル
ブとして液晶パネルを用いる投写型表示装置が注目され
ている。投写器とスクリーンを分離したフロント方式
（例えば、特開昭６２−１３３４２４号公報）、キャビ
ネットの前部に透過型のスクリーンを取り付けキャビネ
ット内にすべての光学部品を収納するリア方式（例え
ば、特開平２−２５００１５号公報）が提案され、両方
式ともセットがコンパクトになるという点が注目されて
いる。

【０００３】液晶パネルは、高画質の投写画像を得るた
めに、液晶材料としてツイストネマティック液晶を用
い、各画素にスイッチング素子としてＴＦＴを設けたア
クティブマトリックス型を用い、赤用、緑用、青用とし
て３枚の液晶パネルを用いるのが主流となりつつある。

【０００４】フロント方式の光学系の構成例を（図１
８）に示す。光源１１から出た光は、ダイクロイックミ
ラー１２，１３と平面ミラー１４で構成される色分解光
学系に入射し、赤、緑、青の３原色の光に分解される。
各原色光は、それぞれフィールドレンズ１５，１６，１
７を透過した後に、液晶パネル１８，１９，２０に入射
する。液晶パネル１８，１９，２０には映像信号に応じ
て透過率の変化として光学像が形成される。液晶パネル
１８，１９，２０からの出射光は、ダイクロイックミラ
ー２１，２２と平面ミラー２３で構成される色合成光学
系により１つの光に合成される。合成された光は投写レ
ンズ２４に入射し、３つの液晶パネル１８，１９，２０
上の光学像は、投写レンズ２４によりスクリーン上に拡
大投写される。

【０００５】リア方式の投写器の構成例を（図１９）に
示す。光源３１から出た光は、ダイクロイックミラー３
２，３３と平面ミラー３４で構成される色分解光学系に
入射し、赤、緑、青の３原色の光に分解される。各原色
光は、それぞれ液晶パネル３５，３６，３７を透過した
後に投写レンズ３８，３９，４０に入射する。液晶パネ
ル３５，３６，３７上には映像信号に応じて透過率の変
化として光学像が形成される。３つの液晶パネル３５，
３６，３７上の光学像は、それぞれ対応する投写レンズ
３８，３９，４０によりスクリーン上に拡大投写され
る。スクリーン上で３色の投写画像を重ね合わせるため
に、３本の投写レンズ３８，３９，４０の光軸は平行と
し、両端の液晶パネル３５，３７の画面中心は投写レン
ズ３８，４０の光軸からわずかにずらしている。（図１
９）に示した投写器を用いた投写型表示装置のキャビネ
ット内の構成を（図２０）に示す。キャビネット４１の
前側上部に透過型のスクリーン４２を配置し、下部後方
に投写器４３を配置し、下部前方に平面ミラー４４を配
置し、スクリーン４２の後方に平面ミラー４５を配置し
ている。投写距離（投写レンズからスクリーン中心まで
の光路長）を短くし、投写器４３を小型にすることによ
り、キャビネット４１をコンパクトにすることができ
る。スクリーン４２はフレネルレンズとレンティキュラ
板を組み合わせたものが使用される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】（図１９）、（図２
０）に示した構成は、投写レンズが３本であることによ
り、カラーシフト（観察者が見る角度を変えた場合に投
写画像の色調が変化する現象）と、色むらの発生が問題
となる。カラーシフトは、水平適視視野角の広いスクリ
ーンを用いることにより、あるいは両面にレンティキュ
ラレンズを設けたレンティキュラ板を用いることにより
ある程度は改善できるが、完全になくすことは不可能で
ある。色むらは、電子回路によりある程度は補正できる
が、完全な補正は困難である。

【０００７】カラーシフト、色むらは投写レンズが３本
であるために発生するので、これらの問題を解決するに
は、３つの液晶パネルからの出射光をダイクロイックミ
ラーを用いた色合成光学系により１つに合成し、投写レ
ンズを１本とするとよい。この場合の色合成光学系とし
て、（図１８）に示したような２枚のダイクロイックミ
ラーを平行に配置する構成、あるいは２枚のダイクロイ
ックミラーをＸ字に交差させる構成（例えば、特開昭６
３−１１４４８９号公報、特開昭６３−１１６１２３号
公報）の採用が考えられる。前者の構成では照明光路長
（光源から各液晶パネルまでの光路長）が３色で等しい
が、後者の構成では照明光路長が１色だけ他の２色より
長い。３色の照明光路長が異なると色むらを発生しやす
いので、色の均一性を確保するには（図１８）に示した
構成の方が優れている。

【０００８】ところで、（図１８）に示した構成は、液
晶パネルと投写レンズの間にダイクロイックミラーを２
枚配置する空間が必要となるので、投写レンズのバック
フォーカス（投写レンズの後玉頂点から後側焦点までの
距離）ｆ_Bを非常に長くする必要がある。一方、リア方
式でセットをコンパクトにするには、投写距離を短くす
る必要があり、このためには、投写レンズは焦点距離ｆ
を短くし広角にする必要がある。（図１８）に示したフ
ロント方式の構成に用いる投写レンズとして、ｆ＝９０
ｍｍ、ｆ_B ＝１６０ｍｍというものが実現されており、
バックフォーカス比ｆ_B ／ｆは１．８である。このフロ
ント方式と同じ液晶パネル、色合成光学系を用いてリア
方式でコンパクトなセットを実現しようとすると、概略
計算ではｆ＝６０ｍｍとする必要があり、バックフォー
カス比ｆ_B ／ｆを２．５以上、望ましくは２．７以上と
非常に大きくする必要がある。

【０００９】バックフォーカスｆ_B が焦点距離ｆより長
いレンズ構成として、スクリーン側から順に、負パワー
の前群、正パワーの後群を配置するレトロフォーカス型
が知られている。しかし、歪曲収差が小さく、しかもｆ
_B ／ｆ＝２．７というレンズは、写真レンズでは例がな
く、他の分野でも例がない。ただ、魚眼レンズでｆ_B／
ｆ＞３という例もあるが、これは歪曲収差が非常に大き
く、液晶表示装置にマトリックス電極を用いる場合には
極端な糸巻き状の図形歪みを発生するので、採用できな
い。一般に、バックフォーカスｆ_B を長くすることと、
焦点距離ｆを短くすることは相反するため、ｆ_B ／ｆ＝
２．７というような投写レンズは実現困難とされてい
た。

【００１０】本発明は、大画面でありながらコンパクト
であり、カラーシフトや色むらのない高画質の投写画像
を表示する投写型表示装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は、そのような投写型表示装置を実現
するために、広角で、バックフォーカス比が２．５〜３
と大きく、歪曲収差が小さく、十分な解像度を有する投
写レンズを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の投写レンズは、スクリーン側から順に、負パワ
ーの第１レンズ群、負パワーの第２レンズ群、正パワー
の第３レンズ群とを備え、第１レンズ群のパワーに比べ
て第２レンズ群のパワーを弱くし、各レンズ群の間に比
較的長い空気間隔を設けたものである。

【００１２】本発明の投写レンズは、スクリーン側から
順に、負パワーの第１レンズ群、負パワーの第２レンズ
群、正パワーの第３レンズ群とを備え、以下の条件を満
足させるとよい。

【００１３】

【数４】

【００１４】

【数５】

【００１５】

【数６】

【００１６】ただし、ｆは全系の合成焦点距離、ｆ_G1は
第１レンズ群の合成焦点距離、ｆ_G2は第２レンズ群の合
成焦点距離、ｄ_G1は第１レンズ群と第２レンズ群の間の
空気間隔、ｄ_G2は第２レンズ群と第３レンズ群との間の
空気間隔である。

【００１７】本発明の投写レンズは、第１レンズ群と第
２レンズ群との間または第２レンズ群と第３レンズ群と
の間に平面ミラーを配置することができる。

【００１８】本発明の投写型表示装置は、３原色の色成
分を放射する光源と、光源の放射光を３つの原色光に分
解する色分解手段と、色分解手段の３つの出力光が入射
し映像信号に応じて光学的特性の変化として光学像を形
成する３つのライトバルブと、３つのライトバルブの出
射光を１つに合成する色合成手段と、色合成手段の出射
光が入射し３つのライトバルブ上の光学像をスクリーン
上に投写する投写レンズとを備え、投写レンズとして上
記の投写レンズを用いたものである。

【００１９】本発明の他の投写型表示装置は、透過型の
スクリーンと、３原色の色成分を放射する光源と、光源
の放射光を３つの原色光に分解する色分解手段と、色分
解手段の３つの出力光が入射し映像信号に応じて光学的
特性の変化として光学像を形成する３つのライトバルブ
と、３つのライトバルブの出射光を１つに合成する色合
成手段と、色合成手段の出射光が入射し３つのライトバ
ルブ上の光学像をスクリーン上に投写する投写レンズ
と、キャビネットとを備え、キャビネット内に光源から
スクリーンまでの光学部品を収納し、投写レンズとして
上記の投写レンズを用いたものである。

【００２０】本発明の投写型表示装置は、投写レンズの
内部に平面ミラーを内蔵させることができ、この場合に
は、光源の光軸と第３レンズ群の光軸とを含む平面に対
して第１レンズ群の光軸が垂直となるようにするとよ
い。

【００２１】

【作用】本発明の投写レンズの各群を薄肉レンズと考
え、（図１）に示すように、スクリーン側から光軸５１
に平行で光線高ｈ₁ の光線５２が入射する場合を考え
る。光線５２は負パワーの第１レンズ群Ｇ１で発散光線
５３に変換され、第１レンズ群Ｇ１から離れた位置にあ
る第２レンズ群Ｇ２で光線高ｈ₂ が高くなる。第２レン
ズ群Ｇ２もパワーが負であるため、軸上光線はより発散
する光線５４に変換され、第２レンズ群Ｇ２から離れた
位置にある第３レンズ群Ｇ３では軸上光線の光線高ｈ₃
がさらに高くなる。第３レンズ群Ｇ３を出射した軸上光
線は第３レンズ群Ｇ３のパワーが正であるため収束光線
５５になる。この収束光線５５が光軸５１と交わる点が
焦点Ｆであり、光線５２と収束光線５５の交点５６から
光軸５１に下した垂線の足が主点Ｈとなる。主点Ｈから
焦点Ｆまでの距離が焦点距離ｆであり、第３レンズ群Ｇ
３から焦点Ｆまでの距離がバックフォーカスｆ_B であ
る。負パワーの第２レンズ群Ｇ２がｈ₃ ／ｈ₁ を大きく
するので、バックフォーカス比ｆ_B ／ｆを大きくするこ
とができる。

【００２２】第２レンズ群Ｇ２の位置で軸上光線の光線
高ｈ₂ がｈ₁ より高くなるので、第２レンズ群Ｇ２は弱
いパワーでも軸上光線をさらに発散させることができ、
第２レンズ群Ｇ２のパワーが弱ければ第２レンズ群Ｇ２
で発生する諸収差は小さいので、全系の諸収差をバラン
ス良く補正することができる。

【００２３】次に、本発明の投写レンズが望ましい特性
を実現するための条件について説明する。

【００２４】（数４）の条件は、第１レンズ群Ｇ１の合
成焦点距離ｆ_G1を一定範囲に限定することにより、全系
の収差バランスを保ちながら、所望のバックフォーカス
を得るためのものである。ｆ_G1／ｆが下限値より小さい
場合、所望のバックフォーカスを確保しようとすると第
２レンズ群Ｇ２の負担が大きくなり、第２レンズ群Ｇ２
で発生する諸収差を第３レンズ群Ｇ３で補正することが
困難となる。一方、ｆ _G1／ｆが上限値より大きい場合に
は、所望のバックフォーカスを得られるものの、第１レ
ンズ群Ｇ１で発生する軸外収差を第２レンズ群Ｇ２と第
３レンズ群Ｇ３で補正することが困難となる。

【００２５】（数５）の条件は、（数４）の条件を満足
させた上で第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離ｆ_G2を一定
範囲に限定することにより、全系の収差バランスを保ち
ながら、所望のバックフォーカスを得るためのものであ
る。ｆ_G2／ｆが下限値より小さい場合には、所望のバッ
クフォーカスを得ることが困難となる。一方、ｆ_G2／ｆ
が上限値より大きい場合には、所望のバックフォーカス
を得られるものの、第２レンズ群Ｇ２で発生する諸収差
を第３レンズ群Ｇ３で補正することが困難となる。

【００２６】（数６）の条件は必要なバックフォーカス
を得ると同時に、周辺光量の低下を防ぐためのものであ
る。（ｄ_G1＋ｄ_G2）／ｆが下限値より小さい場合には、
必要なバックフォーカスを得ることが困難となる。無理
にバックフォーカスを長くしようとすると、第３レンズ
群Ｇ３の負担が大きくなり、全系の諸収差をバランス良
く補正することが困難となる。一方、（ｄ_G1＋ｄ_G2）／
ｆが上限値より大きい場合には、バックフォーカスを長
くする上では有利であるが、投写レンズの全長が長くな
るために周辺光量の低下を避けられない。周辺光量を増
やすために第１レンズ群Ｇ１の有効径を大きくすること
もできるが、大幅なコスト高を招く。第１レンズ群Ｇ１
の有効径が大きくなると、投写レンズからスクリーンま
での光路中に平面ミラーを配置する場合には、投写レン
ズが有効光を遮らないようにするためにキャビネットを
大きくせざるを得ないという問題を発生する。また、周
辺光量を増やすために第３レンズ群Ｇ３の有効径を大き
くすることもできるが、第３レンズ群Ｇ３とライトバル
ブとの間に２枚の色合成用ダイクロイックミラーを配置
することが困難となり、そのためにバックフォーカスを
さらに長くしなければならず、そうするとレンズ系全体
の諸収差をバランス良く補正することが困難となる。

【００２７】（数６）の条件を満足させることにより、
第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間または第２
レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に平面ミラーを
配置する空間を確保することができる。

【００２８】３つのライトバルブの出射光を色合成光学
系により１つの光に合成し、各ライトバルブ上の光学像
を１本の投写レンズでスクリーン上に拡大投写するの
で、カラーシフトは発生せず、色むらも少なくなる。ま
た、投写距離が短いために、さらに投写レンズの内部に
平面ミラーを配置することにより投写器の奥行が短くな
るために、セットがコンパクトとなる。投写レンズから
スクリーンまでの間に平面ミラー２枚を配置し、投写光
の光路を折り曲げれば、コンパクトなセットを実現する
ことができる。

【００２９】

【実施例】以下に、本発明の投写レンズの具体的な実施
例について説明する。

【００３０】第１の実施例の構成を（図２）に、具体的
数値を（表１）に示す。Ｇ１は第１レンズ群、Ｇ２は第
２レンズ群、Ｇ３は第３レンズ群、Ａは絞り、Ｐは液晶
パネルの出射側ガラス基板を示し、Ｌ_i は第ｉレンズを
示す。ｒ_j は第ｊ面の曲率半径、ｄ_j は第ｊ面から次の
面までの間隔、ｎ_i 、ν_i はそれぞれ第ｉレンズのｅ線
における屈折率、アッベ数である。また、ｒ_P1、ｒ_P2は
液晶パネルの出射側ガラス基板の両面の曲率半径、ｄ_P
は液晶パネルの出射側ガラス基板の厚さ、ｎ_P、ν_P は
それぞれ出射側ガラス基板のｅ線における屈折率、アッ
ベ数である。ωはスクリーン側の半画角、ｍは拡大倍
率、ｆ_Bは第３レンズ群Ｇ３の最終レンズ面から焦点ま
での距離（液晶パネルの出射側ガラス基板は含まない）
である。

【００３１】

【表１】

【００３２】スクリーン側から順に、第１レンズＬ１は
スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、第２
レンズＬ２は両凸レンズ、第３レンズＬ３はスクリーン
側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、第４レンズＬ４
はスクリーン側に曲率の弱い面を向けた負レンズ、第５
レンズＬ５はスクリーン側に曲率の強い面を向けた正レ
ンズ、第６レンズＬ６は両凹レンズ、第７レンズＬ７は
両凸レンズ、第８レンズＬ８はスクリーン側に凹面を向
けた正メニスカスレンズ、第９レンズＬ９は両凸レンズ
である。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とを接合し、
第６レンズＬ６と第７レンズＬ７とを接合している。第
１レンズＬ１から第３レンズＬ３までの３枚で第１レン
ズ群Ｇ１が構成され、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５
の２枚で第２レンズ群Ｇ２が構成され、第６レンズから
第９レンズＬ９までの４枚で第３レンズ群Ｇ３が構成さ
れている。各レンズ群の間には比較的長い空気間隔が設
けられている。絞りＡは、Ｆ値を決定する光線と軸外下
光線を規制するためのものである。また、破線で示すよ
うに、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に光
路を折り曲げるための平面ミラーＭを配置することがで
きる。

【００３３】レトロフォーカス型レンズは、歪曲収差と
倍率色収差の補正が容易でないことが知られている。そ
こで、第１の実施例では、歪曲収差を小さくするため
に、第１レンズ群Ｇ１を負正負の構成とし、第２レンズ
Ｌ２の第４面で正の歪曲収差を発生させて負レンズで発
生する負の歪曲収差を減らすようにしている。第１レン
ズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２で負パワーを分担している
ことも歪曲収差の補正を有利にしている。また、第２レ
ンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３に接合レンズを用い２つ
の接合面のバランスを調整することにより、軸上色収差
と倍率色収差をバランス良く補正している。第２レンズ
群Ｇ２が第１レンズ群Ｇ１で発生する色収差の大半を補
正するために、第２レンズ群Ｇ２を正レンズと負レンズ
の２枚で構成し、負レンズのアッベ数に比べて正レンズ
のアッベ数を小さくしている。この場合、２枚のレンズ
を分離すると、対向する一方の面で全反射を生じる場合
があるので、２枚のレンズを接合している。

【００３４】第３レンズ群Ｇ３は第１レンズ群Ｇ１と第
２レンズ群Ｇ２とで発生する諸収差を補正し、全系の収
差バランスを良好にする必要がある。しかも、バックフ
ォーカスをながくするために、第３レンズ群の主点をで
きる限りライトバルブ側に位置させる必要がある。そこ
で、第６レンズＬ６と第７レンズＬ７による接合レンズ
と、第８レンズＬ８とをいずれもスクリーン側に凹面を
向けたメニスカスレンズとし、第９レンズＬ９の正パワ
ーを強くしている。第３レンズ群Ｇ３は４枚構成とすれ
ば、全系の諸収差をバランス良く補正できる。

【００３５】本発明のようにバックフォーカス比を大き
くしようとすると、第１レンズ群Ｇ１の負レンズの凹面
の曲率半径が小さくなり、そのためにペッツバール和は
補正過剰となりやすい。そこで、正レンズは低屈折率
に、負レンズは高屈折率にするとよい。そうすると、有
効径の大きい第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３に用
いる正レンズとして比較的安価な硝材を選択できるの
で、コスト面で有利になる。

【００３６】（表１）に示した投写レンズの収差図を
（図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ））に示す。この収差図
では、液晶パネルの出射側ガラス基板による収差も含ま
れている。（図３）から分かるように、諸収差はバラン
ス良く補正されている。半画角はω＝３０．５°と広角
で、バックフォーカス比は２．８と非常に大きい。歪曲
収差がやや大きいが、実用上問題のないレベルである。
また、Ｆ値は４．０と液晶パネルを用いる投写型表示装
置に十分なレベルである。最大画角における開口効率は
８０％以上であるため、周辺光量も十分に確保でき
る。

【００３７】平面ミラーＭは表面鏡を用いることになる
が、平面度に注意する必要がある。もちろん平面ミラー
Ｍを用いない構成でも投写レンズとして使用できる。ま
た、Ｆ値を少し大きくすることになるが、第１レンズ群
Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に平面ミラーを配置する
こともできる。

【００３８】液晶パネルの光学的特性は光線の入射角に
より変化するので、投写レンズの液晶パネル側の画角を
小さく、つまりテレセントリック性を良くする必要があ
る。第１の実施例では、バックフォーカスが長いので、
テレセントリック性は実用上問題ないレベルとなってい
る。

【００３９】次に、本発明の投写レンズの他の実施例に
ついて説明する。第２から第６までの実施例の構成をそ
れぞれ（図４）から（図８）に、具体的数値をそれぞれ
（表２）から（表６）に示す。また、各実施例における
収差図をそれぞれ（図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ））か
ら（図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ））に示す。記号は
第１の実施例と同様である。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】

【表５】

【００４４】

【表６】

【００４５】第２の実施例は第１の実施例と同様の構成
であり、第３の実施例は第１の実施例を基本にして第２
レンズ群Ｇ２を正負の構成としたものであり、第４の実
施例は第１の実施例を基本にして第１レンズ群Ｇ１を正
負負の構成としたものである。

【００４６】第５の実施例は第１の実施例を基本にして
第２レンズ群Ｇ２を４枚で構成したものである。第５レ
ンズＬ５の第１０面で正の歪曲収差を発生させて第１レ
ンズ群Ｇ１の負レンズで発生する負の歪曲収差を減らす
ようにして、全系の最大歪曲収差が小さくなるようにし
ている。

【００４７】第６の実施例は第１の実施例を基本にして
第１レンズ群Ｇ１の第１レンズＬ１を非球面レンズとし
たものである。非球面の形状は、次式で与えられる。

【００４８】

【数７】

【００４９】ただし、ｈは光軸からの高さ、Ｓは高さｈ
におけるサグ量、ｒ_jは円錐定数、ｄ_j，ｅ_j，ｆ_j，
ｇ_jはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数
である。

【００５０】非球面を導入すると、（図１３（ａ）
（ｂ）（ｃ）（ｄ））に示したように、全系の歪曲収差
を小さくすることができる。

【００５１】第２から第６までの実施例はいずれも第１
の実施例と同様に、広角で、バックフォーカス比が非常
に大きく、諸収差も良好に補正されている。第２、第３
および第４の実施例では歪曲収差がやや大きいが、実用
上問題のないレベルである。

【００５２】以下に、添付図面を用いて本発明の投写型
表示装置の実施例について説明する。

【００５３】本発明の投写型表示装置の第１の実施例の
投写器の構成を（図１４）に示す。６１は光源、６７，
６８はダイクロイックミラー、６９は平面ミラー、７
０，７１，７２はフィールドレンズ、７３，７４，７５
は液晶パネル、７６，７７はダイクロイックミラー、７
８は平面ミラー、７９は投写レンズ、８０は第１レンズ
群、８１は第２レンズ群、８２は第３レンズ群、８３は
平面ミラーである。

【００５４】光源６１はランプ６２と凹面鏡６３とフィ
ルタ６４で構成されている。ランプ６２はメタルハライ
ドランプであり、３原色の色成分を含む光を放射する。
凹面鏡６３はガラス製で、反射面６５の形状は放物面で
あり、反射面６５に赤外光を透過させ可視光を反射する
多層膜を蒸着したものである。フィルタ６４は、ガラス
基板の上に可視光を透過させ赤外光と紫外光を反射する
多層膜を蒸着したものである。凹面鏡６３の光軸６６は
水平方向に向き、ランプ６２は管軸を光軸６６と一致さ
せて配置される。ランプ６２の放射光は、凹面鏡６３で
反射して赤外光が除去された平行に近い光に変換され、
フィルタ６４を透過して赤外光と紫外光を除去されて可
視光が出射する。

【００５５】光源６１の放射光は、２枚のダイクロイッ
クミラー６７，６８と平面ミラー６９とで構成される色
分解光学系により赤、緑、青の原色光に分解される。各
原色光は、いずれもフィールドレンズ７０，７１，７２
を透過して液晶パネル７３，７４，７５に入射する。液
晶パネル７３，７４，７５はツイストネマティック液晶
を用いたＴＦＴ液晶パネルであり、映像信号に応じて透
過率の変化として光学像が形成される。液晶パネル７
３，７４，７５の出射光は、ダイクロイックミラー７
６，７７と平面ミラー７８を組み合わせた色合成光学系
により１つの光に合成され、合成された光は投写レンズ
７９に入射する。投写レンズ７９は（図２）に示したも
のであり、スクリーン側から順に第１レンズ群８０、第
２レンズ群８１、第３レンズ群８２を配置し、第２レン
ズ群８１と第３レンズ群８２との間に平面ミラー８３を
配置している。３つの液晶パネル７３，７４，７５上の
光学像は投写レンズ７９により離れた位置にあるスクリ
ーン（図示せず）上に拡大投写される。

【００５６】光源６１から投写レンズ７９までの光学部
品により投写器が構成され、光源６１は投写器の上部に
配置され、投写レンズ７９は投写器の下部に配置され
る。３つの液晶パネル７３，７４，７５の各画面垂直方
向は、凹面鏡６３の光軸６６と第３レンズ群８２の光軸
８４を含む平面と平行であり、第１レンズ群８０の光軸
８５は光軸６５と光軸８４を含む平面に垂直である。

【００５７】投写画像のコンバージェンス調整は、液晶
パネル７３，７４，７５を前後に微小移動することによ
り行う。この場合、２色のフォーカスがずれるが、（図
２）に示した投写レンズは軸上色収差と倍率色収差が小
さいので実用上全く問題ない。投写画像のフォーカス調
整は、投写レンズ７９の第２レンズ群８１を光軸８５方
向に微小移動するとよい。あるいは、第１レンズ群８０
と第２レンズ群８１とを一体にして光軸８５方向に微小
移動してもよい。なお、第１ンズ群８０または第３レン
ズ群８２の微小移動によるフォーカス調整は、レンズ群
の移動量に対してガウス像面の移動量が小さいのでレン
ズ群を大きく移動する必要があり、そうすると収差バラ
ンスが劣化するので望ましくない。

【００５８】本発明の投写型表示装置の第１の実施例の
キャビネット内の構成を（図１５）に示す。９１はキャ
ビネット、９２はスクリーン、９３は投写器、９４，９
５は平面ミラーである。

【００５９】キャビネット９１の前側上部にスクリーン
９２が配置され、下部後方に投写器９３が配置され、下
部前側に第１の平面ミラー９４が配置され、スクリーン
９２の後方に第２の平面ミラー９５が配置されている。
投写器９３の構成は（図１４）に示したものと同一であ
る。光源６１は投写器９３の上部に位置している。投写
レンズ７９は、内部に平面ミラー８３が内蔵されてお
り、投写器９３の下部に位置している。凹面鏡６３の光
軸６６はスクリーン９２と平行である。投写レンズ７９
からの出射光は２枚の平面ミラー９４，９５で反射され
た後にスクリーン９２に到達する。こうして、３つの液
晶パネル７３，７４，７５上の光学像がスクリーン９２
の背後から拡大投写される。

【００６０】（図１４）、（図１５）に示した構成の各
部の具体的寸法の一例を以下に示す。スクリーンの有効
画面サイズは対角４３インチ（アスペクト比４：３）、
液晶パネルの画面サイズは対角２．８インチ、投写レン
ズの焦点距離は６０ｍｍ、投写距離は８６０ｍｍ、キャ
ビネットの外形寸法は高さ９４０ｍｍ、奥行４３０ｍ
ｍ、幅９５０ｍｍである。このような寸法にて構成する
ことにより、大画面でありながら、セット全体を非常に
コンパクトにすることができる。このようにセットがコ
ンパクトになるのは、投写レンズ７９の内部に平面ミラ
ー８３を内蔵させることにより投写器９３の奥行方向の
長さが短くなること、投写レンズ７９の焦点距離が短い
ために投写距離が短くなること、によるものである。

【００６１】（図１４）、（図１５）に示した構成は、
投写レンズが１本であるので、カラーシフトは発生しな
い。また、光源６１から各液晶パネル７３，７４，７５
までの照明距離が３色で等しく、また各液晶パネルの画
面中心が投写レンズの光軸上に位置するので、色むらの
発生は少ない。その結果、両面にレンティキュラレンズ
を設けたレンティキュラ板を用いる必要がなく、スクリ
ーンは構成が簡単になるので、低コスト化を期待でき
る。さらに、投写レンズを３本用いる方式では、投写器
をキャビネット内に組み込んだ後でなければ、フォーカ
ス調整、コンバージェス調整を行えず、その調整作業は
面倒であったが、（図１４）、（図１５）に示した構成
では、投写器９３からの出射光を反射型スクリーンに投
写してコンバージェンス調整を行った後、投写器９３を
キャビネット９１に組み込み、フォーカス調整のみを行
えばよいので、光学系の調整が容易という利点がある。

【００６２】次に、本発明の投写型表示装置の他の実施
例について説明する。投写器の光学系の構成は多くの変
形が考えられる。（図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ））
に示すように、色分解光学系と色合成光学系のダイクロ
イックミラーの配置は共通でも、光源６１の位置と投写
レンズ７９の位置により４通りの方式が考えられる。た
だし、各方式でダイクロイックミラーに必要な分光透過
率特性が異なる。光源６１の出射光の光軸と投写レンズ
７９への入射光の光軸とを含む平面（基準平面）に対し
て液晶パネルの画面垂直方向を平行にする場合と垂直に
する場合とが考えられる。投写レンズ７９の使い方に
は、投写レンズ７９内に平面ミラーを含まない場合と含
む場合とがあり、平面ミラー８３を含む場合にはその出
射光の光軸の向きを基準平面に対して垂直とする場合
と、基準平面と平行で光源６１側に向ける場合と、基準
平面と平行で光源６１の反対側に向ける場合とが考えら
れる。光学系の構成は、用途に応じて適宜最適な構成を
選択するとよい。投写レンズ内に平面ミラーを内蔵しな
い場合も有用であり、複数のセットを例えば横４台、縦
４台配列するような用途では、ＣＲＴ投写型ディスプレ
イによる同様のシステムに比べてセットの奥行が短くな
る。このような用途では、投写レンズ７９内に平面ミラ
ーを配置して、セットの奥行を短くすることができる。
また、（図１７）に示すような構成にすれば、セットの
奥行を大幅に短くすることができる。

【００６３】（図１７）は、キャビネット９１内の水平
断面構成を示したもので、投写レンズ７９からスクリー
ン９２までの光路中に１枚の平面ミラー９４を配置し、
投写レンズ７９の第３レンズ群８２の光軸８５をスクリ
ーン９２の法線と平行にし、投写器９３をキャビネット
９１の右側または左側に配置したものである。投写器９
３の構成として、（図１６（ｂ））または（図１６
（ｄ））に示した構成を採用するとよい。この場合の各
部の具体的寸法の一例を以下に示す。スクリーンの有効
画面サイズは対角４０インチ（アスペクト比４：３）、
液晶パネルの画面サイズは対角２．８インチ、投写レン
ズの焦点距離は６０ｍｍ、投写距離は８００ｍｍ、キャ
ビネットの外形寸法は高さ６２０ｍｍ、奥行７２０ｍ
ｍ、幅８２５ｍｍである。

【００６４】以上の実施例ではライトバルブがツイスト
ネマティック液晶を用いるＴＦＴ液晶パネルの場合につ
いて説明したが、他の方式の液晶パネルや電気光学結晶
を用いるものなど、光学的特性の変化として光学像を形
成する透過型のものであればライトバルブとして用いる
ことができる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、広角で、
焦点距離に比べてバックフォーカスが非常に長く、収差
補正の良好な投写レンズを提供することができ、また、
この投写レンズを用いることにより、大画面でありなが
らコンパクトで、しかも高画質の投写画像を表示できる
リア方式の投写型表示装置を提供することができ、非常
に大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投写レンズの原理を説明する説明図で
ある。

【図２】本発明の投写レンズの第１の実施例における断
面構成図である。

【図３】本発明の投写レンズの第１の実施例における収
差図である。

【図４】本発明の投写レンズの第２の実施例における断
面構成図である。

【図５】本発明の投写レンズの第３の実施例における断
面構成図である。

【図６】本発明の投写レンズの第４の実施例における断
面構成図である。

【図７】本発明の投写レンズの第５の実施例における断
面構成図である。

【図８】本発明の投写レンズの第６の実施例における断
面構成図である。

【図９】本発明の投写レンズの第２の実施例における収
差図である。

【図１０】本発明の投写レンズの第３の実施例における
収差図である。

【図１１】本発明の投写レンズの第４の実施例における
収差図である。

【図１２】本発明の投写レンズの第５の実施例における
収差図である。

【図１３】本発明の投写レンズの第６の実施例における
収差図である。

【図１４】本発明の投写型表示装置の投写器の構成を示
す斜視図である。

【図１５】本発明の投写型表示装置のキャビネット内の
光学系の構成を示す一部破断斜視図である。

【図１６】投写器の構成例を説明する概略構成図であ
る。

【図１７】本発明の投写型表示装置の他の実施例におけ
る水平断面図である。

【図１８】従来の投写型表示装置の投写器の構成を示す
概略構成図である。

【図１９】従来の投写型表示装置の投写器の構成を示す
斜視図である。

【図２０】従来の投写型表示装置のキャビネット内の構
成を示す側断面構成図である。

【符号の説明】６１光源６７，６８ダイクロイックミラー６９平面ミラー７０，７１，７２フィールドレンズ７３，７４，７５液晶パネル７６，７７ダイクロイックミラー７８平面ミラー７９投写レンズＧ１，８０第１レンズ群Ｇ２，８１第２レンズ群Ｇ３，８２第３レンズ群Ｍ，８３平面ミラー９１キャビネット９２スクリーン９３投写器９４，９５平面ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伏見吉正大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スクリーン側から順に、負パワーの第１
レンズ群と、負パワーの第２レンズ群と、正パワーの第
３レンズ群とを備え、前記第１レンズ群のパワーに比べ
て前記第２レンズ群のパワーが弱く、前記各レンズ群の
間に比較的長い空気間隔を設けた投写レンズ。
【請求項２】スクリーン側から順に、負パワーの第１
レンズ群と、負パワーの第２レンズ群と、正パワーの第
３レンズ群とを備え、前記第１レンズ群のパワーに比べ
て前記第２レンズ群のパワーが弱く、前記各レンズ群の
間に比較的長い空気間隔を設け、前記第１レンズ群と前
記第２レンズ群との間または前記第２レンズ群と第３レ
ンズ群との間に平面ミラーを配置した投写レンズ。
【請求項３】以下の条件を満足する請求項１または請
求項２記載の投写レンズ。【数１】【数２】【数３】ただし、ｆは全系の合成焦点距離、ｆ_G1は前記第１レン
ズ群の合成焦点距離、ｆ_G2は前記第２レンズ群の合成焦
点距離、ｄ_G1は前記第１レンズ群と前記第２レンズ群と
の間の空気間隔、ｄ_G2は前記第２レンズ群と前記第３レ
ンズ群との間の空気間隔である。
【請求項４】第１レンズ群は、スクリーン側から順
に、凸面をスクリーン側に向けた負メニスカスレンズ、
正レンズ、凸面をスクリーン側に向けた負メニスカスレ
ンズで構成されている請求項１、請求項２または請求項
３のいずれかに記載の投写レンズ。
【請求項５】第１レンズ群は、スクリーン側から順
に、曲率の強い面をスクリーン側に向けた正レンズ、凸
面をスクリーン側に向けた負メニスカスレンズ、凸面を
スクリーン側に向けた負メニスカスレンズで構成されて
いる請求項１、請求項２または請求項３のいずれかに記
載の投写レンズ。
【請求項６】第１レンズ群は非球面を含んでいる請求
項１、請求項２または請求項３のいずれかに記載の投写
レンズ。
【請求項７】第２レンズ群は正レンズと負レンズとで
構成され、前記負レンズのアッベ数に比べて前記正レン
ズのアッベ数が小さい請求項１、請求項２または請求項
３のいずれかに記載の投写レンズ。
【請求項８】第２レンズ群は正レンズと負レンズとを
接合したものであり、前記正レンズのアッベ数に比べて
前記負レンズのアッベ数が大きい請求項１、請求項２ま
たは請求項３のいずれかに記載の投写レンズ。
【請求項９】第３レンズ群は接合レンズを含んでいる
請求項１、請求項２または請求項３のいずれかに記載の
投写レンズ。
【請求項１０】第３レンズ群は接合レンズを含み４枚
のレンズで構成されている請求項１、請求項２または請
求項３のいずれかに記載の投写レンズ。
【請求項１１】第１レンズ群と第３レンズ群の位置を
固定し、第２レンズ群を光軸方向に移動することにより
フォーカス調整を行うようにした請求項１、請求項２ま
たは請求項３のいずれかに記載の投写レンズ。
【請求項１２】３原色の色成分を含む光を放射する光
源と、前記光源の放射光を３つの原色光に分解する色分
解手段と、前記色分解手段の３つの出力光がそれぞれ入
射し映像信号に応じて光学的特性の変化として光学像を
形成する３つのライトバルブと、前記３つのライトバル
ブの出射光を１つに合成する色合成手段と、前記色合成
手段の出射光が入射し前記３つのライトバルブに形成さ
れた光学像をスクリーン上に投写する投写レンズとを備
え、前記投写レンズとして請求項１記載の投写レンズを
用いた投写型表示装置。
【請求項１３】３原色の色成分を含む光を放射する光
源と、前記光源の放射光を３つの原色光に分解する色分
解手段と、前記色分解手段の３つの出力光がそれぞれ入
射し映像信号に応じて光学的特性の変化として光学像を
形成する３つのライトバルブと、前記３つのライトバル
ブの出射光を１つに合成する色合成手段と、前記色合成
手段の出射光が入射し前記３つのライトバルブに形成さ
れた光学像をスクリーン上に投写する投写レンズとを備
え、前記投写レンズとして請求項２記載の投写レンズを
用いた投写型表示装置。
【請求項１４】光源の光軸と第３レンズ群の光軸とを
含む平面に対して第１レンズ群の光軸が垂直である請求
項１３記載の投写型表示装置。
【請求項１５】透過型のスクリーンと、３原色の色成
分を含む光を放射する光源と、前記光源の放射光を３つ
の原色光に分解する色分解手段と、前記色分解手段の３
つの出力光がそれぞれ入射し映像信号に応じて光学的特
性の変化として光学像を形成する３つのライトバルブ
と、前記３つのライトバルブの出射光を１つに合成する
色合成手段と、前記色合成手段の出射光が入射し前記３
つのライトバルブに形成された光学像を前記スクリーン
上に投写する投写レンズと、キャビネットとを備え、前
記キャビネット内に前記光源から前記スクリーンまでの
光学部品を収納し、前記投写レンズとして請求項１記載
の投写レンズを用いた投写型表示装置。
【請求項１６】透過型のスクリーンと、３原色の色成
分を含む光を放射する光源と、前記光源の放射光を３つ
の原色光に分解する色分解手段と、前記色分解手段の３
つの出力光がそれぞれ入射し映像信号に応じて光学的特
性の変化として光学像を形成する３つのライトバルブ
と、前記３つのライトバルブの出射光を１つに合成する
色合成手段と、前記色合成手段の出射光が入射し前記３
つのライトバルブに形成された光学像を前記スクリーン
上に投写する投写レンズと、キャビネットとを備え、前
記キャビネット内に前記光源から前記スクリーンまでの
光学部品を収納し、前記投写レンズとして請求項２記載
の投写レンズを用いた投写型表示装置。
【請求項１７】光源の光軸と第３レンズ群の光軸とを
含む平面に対して第１レンズ群の光軸が垂直である請求
項１６記載の投写型表示装置。
【請求項１８】投写レンズからスクリーンまでの光路
中に２枚の平面ミラーを配置した請求項１６記載の投写
型表示装置。
【請求項１９】投写レンズからスクリーンまでの光路
中に１枚の平面ミラーを配置し、第１レンズ群の光軸は
前記スクリーンの画面水平方向と平行であり、第３レン
ズ群の光軸と前記第１レンズ群の光軸と前記スクリーン
の光軸とがコ字状となるようにした請求項１６記載の投
写型表示装置。
【請求項２０】光源の光軸と第３レンズ群の光軸とを
含む平面に対して第１レンズ群の光軸が垂直である請求
項１９記載の投写型表示装置。