JP2003066330A - 投写用レンズ装置及びこれを用いた背面投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】背面投写型画像ディスプレイ装置に用いる投写
用レンズ装置において、短焦点(広角)、ハイフォーカス
で、かつ高コントラストな投写用レンズ装置を低コスト
で実現する。 【解決手段】パワーレンズ３のスクリーン側に位置する
レンズを、中央部が正、周辺部が負を持つような形状と
し、前記パワーレンズの映像発生源側に位置するレンズ
を、中央部が両凸、周辺部が映像発生源側に凹を向けた
のメニスカス形状とすることにより、安価な低屈折率ガ
ラスレンズを使用しても、短投写距離（広角化）で良好
なフォーカス性能を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投写型画像表示装
置に係り、特に画面周辺までフォーカス性能が優れた高
コントラストで明るい画像が得られ、かつ、安価な硝材
を使用し、投写距離が短く広画角で歪曲が少ない投写画
像を得ることが出来る投写用レンズ装置とこれを用いた
背面投写型画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家庭用の画像表示装置としてのテ
レビジョンセットは、画面の横長ワイド化に伴って大画
面化が進んでいる。この家庭用の画像表示装置として
は、ブラウン管を用いた直視型と、映像発生源である７
インチ程度の小型投写管（ブラウン管）上の画像を投写
用レンズ装置によりスクリーン上に背面から拡大投写す
るいわゆる背面投写型の２種類があるが、セットのコン
パクト性と重量、並びにコストの観点から、３７インチ
を超える画面サイズでは、背面投写型の画像表示装置が
主流となっている。

【０００３】背面投射型画像表示装置に用いられる投写
用レンズとして特開平1-250916号公報（以下第１の従来
技術と称す）に記載のもの、特開平7-159688号公報（以
下第２の従来技術と称す）に記載のもの、特開平9-1599
14号公報（以下第３の従来技術と称す）に記載のものが
知られている。上記第１の従来技術は、第２レンズ群に
含まれる、最も強い正の屈折力を持つパワーレンズとし
て使用される高分散、低屈折率の球面ガラスレンズと３
枚の非球面レンズとを備えた４群４枚構成のレンズを開
示している。上記第２の従来技術は、パワーレンズとし
て使用される低分散、高屈折率の球面ガラスレンズと４
枚の非球面レンズとを備えた５群５枚構成のレンズを開
示している。また、上記第３の従来技術は、パワーレン
ズとして使用される高分散、低屈折率の球面ガラスレン
ズと５枚の非球面レンズとを備えた６群６枚構成のレン
ズを開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】投写用レンズ装置は、
セットのコンパクト化の為に焦点距離が短く、画面周辺
部まで明るく、フォーカス性能が良好であり、かつ低コ
ストであることが要求される。低コスト化の為には、そ
の構成枚数を極力少なくし、かつパワーレンズとして廉
価な光学ガラスレンズを使用するのが最も有効な方法で
ある。一般に、光学ガラスの価格は、屈折率が高いほ
ど、また分散が小さいほど高価である。

【０００５】第１の従来技術のパワーレンズとして使用
されている光学ガラスは低屈折率、高分散のＳＫ５であ
る。この光学ガラスは、投写用レンズ装置に使用される
光学ガラスの代表である。また、構成枚数も少ないこと
から低コスト化を実現できる。しかしながら、パワーレ
ンズに低屈折率、高分散の光学ガラスを使用している
為、所望の屈折力が得られず焦点距離が長くなりセット
のコンパクト化が困難となる。同時に、収差も増加する
為、それらを良好に補正することは困難である。その結
果、低コスト化は実現できるが、セットのコンパクト化
及び収差補正が困難である。

【０００６】第２の従来技術は、パワーレンズとして高
屈折率、低分散のＳＫ１６を使用している。第１の従来
技術で使用しているＳＫ５の価格を基準（１．０）とす
ると、ＳＫ１６の価格は２．１と２倍以上である。しか
しながら、パワーレンズに高屈折率、低分散の光学ガラ
スを使用することで、焦点距離を短く出来（広角化）、
セットのコンパクト化を実現できる。また、第１の従来
技術より、収差補正用の非球面レンズを１枚多くし、収
差補正を良好にしている。この結果、セットのコンパク
ト化は実現できるが、低コスト化が困難である。

【０００７】第３の従来技術は、パワーレンズとして廉
価な低屈折率、高分散の光学ガラスを使用しているた
め、低コスト化が実現できる。しかしながら、低屈折
率、高分散の光学ガラスを使用することで、パワーレン
ズの曲率半径が小さくなり、発生する収差が大きくな
る。このため、発生した収差を補正するための非球面レ
ンズを多く使用している。この結果、収差補正は非常に
良好であるが、構成枚数が多い為、低コスト化の実現が
困難である。

【０００８】また、投写用レンズ装置には、コントラス
トの向上も要求される。一般的に投写用レンズ装置のフ
ォーカス性能としては、投写レンズの結像性能（収差補
正程度）のみを示すが、背面投射型画像表示装置におけ
る画質としては、例えば画面に白文字を表示した場合の
明るさと黒表示(映像信号が無)の場合の明るさの比率を
示すコントラスト比の向上がフォーカス性能良否を判断
する上で重要な要素となる。コントラスト比を向上させ
る為には、投写用レンズ装置内の各レンズ群での反射光
（不要光）が映像発生源に表示された原画像に戻らない
様にする必要がある。

【０００９】本発明は、上述の従来技術の課題に鑑みて
為されたものであり、その第１の目的は、低コストで、
広角化（短投写距離）を実現しつつ良好に収差補正を行
ないうる投写用レンズ装置及びこれを用いた背面投写型
画像表示装置を提供することにある。

【００１０】また、本発明の第２の目的は、コントラス
ト比が十分大きく鮮鋭な拡大像が得られる投写用レンズ
及びこれを用いた背面投写型画像表示装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明では複数のレンズ素子を備えた投写用レンズ
装置の中で、最も強い正の屈折力を有するパワーレンズ
のスクリーン側に位置するレンズ群の中央部を正、周辺
部になるに連れて非球面量を多くし、負の屈折力とする
ことで、投写画像の画面周辺部で発生するコマ収差を良
好に補正できる。この結果投写用レンズ装置を短焦点化
でき、セットのコンパクト化を実現できる。

【００１２】また、パワーレンズに低屈折率、高分散の
ガラスレンズを用いること、及び構成枚数を４群４枚構
成とすることで、低コスト化を実現できる。

【００１３】また、上記の際、収差補正用の非球面レン
ズの非球面係数を１２次以上としても良い。より高次な
非球面係数を使用すると設計自由度が増え、非球面レン
ズの形状を複雑にすることが出来、その結果収差補正能
力が向上し、更なる収差補正が可能となる。

【００１４】次に、本発明の第２の目的を達成する為の
構成について説明する。投写レンズ装置において、コン
トラスト性能を低下させる最大の要因は、映像発生源に
最も近い位置に配置されるスクリーン側に凹面を向けた
メニスカスレンズの空気側界面（光出射面）で生じる画
像光の反射である。この反射光は映像発生源に映し出さ
れた原画像に戻り、特にコントラスト性能に影響する低
輝度部分に戻った反射光が、コントラスト性能を低下さ
せている。そこで、本発明では、光軸に対する上記メニ
スカスレンズの空気側界面の傾きを最適化することで、
この反射光の内映像発生源側に戻る光エネルギーを小さ
くしてコントラスト性能を向上させ、同時に良好なフォ
ーカス性能を実現する。

【００１５】さらに、前記メニスカスレンズに、原画像
の主波長以外を吸収するような波長選択性フィルターを
設けることで、前述のコントラスト性能を向上させるこ
とが出来る。これにより、反射光を効果的に低減でき、
さらに映像光の波長幅が小さくなるので、発生する色収
差が小さくなり、フォーカス性能が向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、各図に共通な部分に
は同一符号を付して示す。

【００１７】図１は本発明の一実施の形態としての投写
用レンズ装置のレンズ主要部を示す断面図で、表１に示
したレンズデータの断面形状である。この図１に示され
た本発明に係わる投写用レンズ装置の実施形態における
各レンズ群の作用について、図１、図２を併用して説明
する。図２に示す第１群レンズ１は、プラスチック製レ
ンズで、軸上の物点Ａからの結像光束（上限光線ＲＡＹ
１、下限光線ＲＡＹ２）に対しては球面収差を、画面周
辺部の物点Ｂからの結像光束（上限光線ＲＡＹ４、下限
光線ＲＡＹ５）に対してはコマ収差、非点収差を補正す
る。第２群レンズ２は、光出射面Ｓ３と光入射面Ｓ４の
曲率半径の比を最適とすることで、画面周辺部で発生す
るコマ収差を低減している。さらに、温度変化によるフ
ォーカス性能のドリフトを低減する為にガラスレンズと
している。この第２群レンズ２は、全系の中で最も強い
正の屈折力を有している為、パワーレンズとも呼ばれて
いる。また、本実施の形態では、投写レンズ装置のコス
トを低減するために廉価な光学ガラスであるＳＫ５を用
いている。第３群レンズ３は、プラスチック製レンズ
で、画面周辺部の物点Ｂからの結像光束（上限光線ＲＡ
Ｙ４、下限光線ＲＡＹ５）で発生する高次のコマ収差お
よび非点収差を補正する。第４群レンズ４は、プラスチ
ック製レンズで、投写管(ブラウン管)の蛍光面Ｐ１と共
に像面湾曲の補正を行なっている。

【００１８】次に本発明の実施形態の投写レンズ構成に
ついて図１を参照しつつ説明する。第４群レンズ４は、
スクリーン１１側に凹面を向けたメニスカスレンズであ
り、その光入射面、投写管を冷却するための冷媒である
冷却液５と結合されている。すなわち、冷却液５は、第
４群レンズ４と投写管パネル６との間に形成した空間内
に、液密に充填されるものである。この結果、第４群レ
ンズは冷却液を含め、負の屈折力を持つことになる。ま
た、第１群レンズ１から第３群レンズ３までは、内鏡筒
７に組込まれている。さらに、内鏡筒７は、外鏡筒８に
組込まれ、固定される。この外鏡筒８は、固定板９を介
してブラケット１０へ固定される。そして、物体面であ
る投写管蛍光面Ｐ１上の画像を、スクリーン１１上に拡
大投影する。尚、本発明の実施の形態において、第４群
レンズの焦点距離は、投写管パネル６、冷却液５、蛍光
面Ｐ１を含めて計算している。

【００１９】図１に示した本発明に係わる投写用レンズ
装置の実施の形態に対応するレンズデータを表１乃至表
２１に示す。表１乃至表２１に示すレンズデータの読み
方について、表１をもとに説明する。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
非球面系とにデータを分け示してある。また代表例とし
て、図１、２に表１のレンズデータの断面形状を、図３
に表５に示したレンズデータの断面形状を、図４に表９
に示したレンズデータの断面形状を、図５に表１８に示
したレンズデータの断面形状を示す。

【００２０】まず、スクリーン１１は曲率半径が無限大
（即ち平面）であり、スクリーン１１から第１群レンズ
１の面Ｓ１までの光軸上の距離(面間隔)が７０１ｍｍ、
その間の媒質の屈折率が１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、６０．８６１１５ｍ
ｍ（曲率中心が映像発生源側）であり、レンズ面Ｓ１と
レンズ面Ｓ２の光軸上の距離(面間隔)が８．９５ｍｍ
で、その間の媒質の屈折率が１．４９２４であることが
示されている。以下、同様にして最後は、投写管パネル
６の蛍光面Ｐ１の曲率半径が３５０ｍｍ、投写管パネル
６の光軸上の厚さが１４．１ｍｍ、屈折率が１．５６２
３２であることが示されている。第１群レンズ１の面Ｓ
１、Ｓ２、第３群レンズ３の面Ｓ５、Ｓ６、第４群レン
ズ４の面Ｓ７については、非球面係数が示してある。

【００２１】ここで、非球面係数とはレンズ面形状を次
式で表現した時の係数である。

【００２２】

【数１】 但し、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、・・・Ｚは任意の
定数、ｎは任意の自然数、ＲＤは曲率半径である。

【００２３】（数１）のＺ（ｒ）はレンズ形状の定義説
明図である図６及び図７に見られる如く、スクリーンか
ら映像発生源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は半径方向の距離を表し、ＲＤは曲率半径を示し
ている。したがって、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆなど
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（以下サグ量と記述）、つまり形状が定まる。また、
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、・・・の非球面係数について
は、各ｒの次数に応じてそれぞれ、４次、６次、８次、
１０次、１２次、１４次・・・の係数と定義する。

【００２４】本発明では、低コスト化の為全系の中で最
も強い正の屈折力を有するパワーレンズ（第２群レンズ
２）に、光学ガラスでは廉価な、１．６００以下の低屈
折率、アッベ数が６０以上の高分散の硝材を使用してい
る。従来では、パワーレンズに低屈折率、高分散の硝材
を使用すると、十分な屈折力を得ることが出来ず、全系
の焦点距離が長くなり、セットのコンパクト化を実現す
ることが困難であった。そこで、本発明では、前記パワ
ーレンズのスクリーン側に位置する第１群レンズ１を、
レンズ中央部に正の屈折力、さらにレンズ周辺部には負
の屈折力を持たせる形状としたので、周辺部の屈折力を
上げることができた。また、図２に示す光軸上の物点Ａ
からの映像光の内、第２群レンズ２に対して光線高さの
高い光線(図中ＲＡＹ１、ＲＡＹ２)は、レンズ中央部を
両凸、レンズ周辺部を映像発生源側に凹メニスカス形状
とした第３群レンズ３により屈折し、第２群レンズ２の
光入射面Ｓ４に対して入射角度が小さくなり、発生した
球面収差を低減した設計としている。この様な構成にす
ることにより、光軸近傍の所謂近軸領域での光線の屈折
が大きくなり、低屈折率、高分散の硝材による屈折力の
不足を補っている。その結果、本発明の実施に係る投写
用レンズ装置の実施形態においては、投写管蛍光面Ｐ１
上５．２５インチのラスターを、スクリーン上に４５イ
ンチに拡大投影する場合、投写距離７０１ｍｍと短い投
写距離でも良好なフォーカス性能を実現している。この
結果、図１０に示すように折り返しミラー１２が１枚の
背面投写型画像表示装置においても、十分コンパクトな
セットが実現できる。尚、図１０についての詳細な説明
は後述する。

【００２５】図２に示す本発明の投写用レンズ装置は、
短焦点化の為、第１群レンズ１の周辺部に負の屈折力を
持たせているので、温度、吸湿などによる結像性能のド
リフトが懸念されるが、パワーレンズの映像発生源側に
位置する第３群レンズ３を通過する部分（領域）におい
て正の屈折力を有する形状とすることで、温度、吸湿に
よる結像性能のドリフトを軽減させている。

【００２６】また、第１群レンズ１と第２群レンズ２の
レンズ面間距離Ｌ_１２と第２群レンズ２と第３群レンズ
３のレンズ面間距離Ｌ_２３の比率は、収差補正と周辺光
量比のバランスで決まり、表２２に示すように ０．８＜（Ｌ_２３／Ｌ_１２）＜１．４ の関係が成り立っている。

【００２７】上記範囲を下回ると、画面周辺部の光線
（ＲＡＹ４、ＲＡＹ５）は第１群レンズ１に対し角度を
持っているため、第１群レンズ１の光軸から一層離れた
ところを通過する。このため、第１群レンズ１に入射し
た画面周辺部の光線を全てスクリーン１１上に到達させ
るためには、レンズの有効半径を大きくしなければなら
ない。セットのコンパクト化実現のためには、レンズ外
径もより小さくする必要があり、レンズ外径を所望の大
きさ内に収めようとすれば、画面周辺部の光線を全てス
クリーン１１上に到達させることが出来ず、周辺光量比
が劣化する。

【００２８】また、上記範囲を上回ると、図２に示すよ
うに軸上の物点Ａからの結像光線と画面周辺部の物点Ｂ
からの結像光線が第１群レンズ１上で重なってしまい、
両者の収差低減バランスを両立することが非常に困難と
なる。

【００２９】次に、全系の中で最も強い正の屈折力を持
つ第２群レンズ２の、光入射面の曲率半径の絶対値｜Ｒ
_４｜、光出射面の曲率半径の絶対値｜Ｒ_３｜の比率は、
表２２に示すように １．３＜｜Ｒ_４｜／｜Ｒ_３｜＜３．１ の関係が成り立っている。この範囲は、第２群レンズ２
での球面収差とコマ収差のバランスで決まっており、下
限値以下になるとコマ収差は低減できるが球面収差が増
大する。また、上限値以上となると球面収差は低減でき
るがコマ収差が増大する。

【００３０】また、表１乃至表２１に示した本発明の実
施の形態において、投写用レンズ装置全系の焦点距離を
ｆ_０、第１群レンズ１の焦点距離をｆ_１、第２群レンズ
２の焦点距離ｆ_２、第３群レンズ３の焦点距離ｆ_３、第
４群レンズ４の焦点距離ｆ_４とした時、表２２に示した
関係が成立している。すなわち、本発明における投写用
レンズ装置の各レンズ群の焦点距離とレンズ全系の焦点
距離の関係（すなわち各レンズ群のパワー配分）は以下
の条件式を満たしている。

【００３１】０．０１＜（ｆ_０／ｆ_１）＜０．２１ ０．７８＜（ｆ_０／ｆ_２）＜０．９８ ０．１９＜（ｆ_０／ｆ_３）＜０．５３ −０．６８＜（ｆ_０／ｆ_４）＜−０．４４ 次に、収差補正の役割を担う非球面レンズの形状につい
て説明する。

【００３２】図７は、非球面Ａｓ（ｒ）の説明図で、前
記非球面式の項にそれぞれの値を代入すれば、球面系の
みのレンズ面Ｓｓ（ｒ）から（Ａｓ（ｒ）−Ｓｓ
（ｒ））だけずれたレンズ面が得られる。また、この比
率（Ａｓ（ｒ）／Ｓｓ（ｒ））の絶対値が小さいほど非
球面の程度が強い。さらに前記非球面式における２次微
分値が０となる任意のｒ位置において面の傾き方向が変
化する変曲点が存在し、この変曲点が多いほど複雑な非
球面形状である。

【００３３】本発明においては、収差補正の役割を担う
非球面レンズの形状を、１４次以上の非球面係数を用い
て表される非球面で構成している。

【００３４】表２３乃至表２７に、非球面の程度（Ａｓ
ｎ／Ｓｓｎ、ｎは面番号）及び変曲点数を示す。表２３
は第1群レンズ１の光出射面Ｓ１、表２４は第１群レン
ズ１の光入射面Ｓ２、表２５は第３群レンズ３の光出射
面Ｓ５、表２６は第３群レンズ３の光入射面Ｓ６、表２
７は第４群レンズ４の光出射面Ｓ７を示したものであ
る。

【００３５】表２３乃至表２７に示すように、投写レン
ズ装置を構成するレンズ群において、少なくとも１面以
上に、各レンズ面の有効半径内に２ヶ所以上の変曲点を
有した非球面とし、かつ、非球面の程度を示す（Ａｓｎ
／Ｓｓｎ）においては、下記の関係が成り立っている。

【００３６】Ｓ１：０．２２９＜（Ａ_Ｓ１／Ｓ_Ｓ１）＜
０．４００ Ｓ２：０．３３２＜（Ａ_Ｓ２／Ｓ_Ｓ２）＜０．６１０ Ｓ５：１．１０８＜（Ａ_Ｓ５／Ｓ_Ｓ５）＜４９．２８２ Ｓ６：−０．４８０＜（Ａ_Ｓ６／Ｓ_Ｓ６）＜０．５３５ Ｓ７：０．７７９＜（Ａ_Ｓ７／Ｓ_Ｓ７）＜１．３３１ 上記の様な構成によれば、投写レンズ装置の収差補正の
役割を担う非球面レンズにおいて、十分な収差補正能力
を得ることが出来る。

【００３７】次に、図８にコントラスト比を劣化させる
要因の説明図を示す。図８は、図１に示した構成の投写
管から第４群レンズ４までを詳細に示した図である。図
１に同一な部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００３８】このような構成においては、投写管（ブラ
ウン管）蛍光面Ｐ１上に写し出された原画像の光軸上の
物点Ａからの光束ＲＡＹ１、ＲＡＹ２、画面最外周部分
の物点Ｂからの光束ＲＡＹ４、ＲＡＹ５、画面中域の物
点Ｃからの光束ＲＡＹ６、ＲＡＹ７が、前記構成におけ
る第４群レンズ４の光出射面Ｓ７で反射を生じ、この反
射光ＲＡＹ１′、ＲＡＹ２′、ＲＡＹ４′、ＲＡＹ
５′、ＲＡＹ６′、ＲＡＹ７′が投写管（ブラウン管）
蛍光面Ｐ１に戻って来る。この時、映像信号のレベルに
より高輝度部分と低輝度部分（発光してない場合を含
む）が混在する場合、反射光が低輝度部分に戻ると、所
謂原画像の浮きが生じ、コントラスト比を低下させる。
コントラスト比は、投写管(ブラウン管)の蛍光面Ｐ１に
写し出された原画像の高輝度部と低輝度部の比率で表さ
れるもので、前述の反射光ＲＡＹ１′、ＲＡＹ２′、Ｒ
ＡＹ４′、ＲＡＹ５′、ＲＡＹ６′、ＲＡＹ７′のエネ
ルギーが強ければ強い程、低輝度部の輝度が上がるため
コントラスト比は低下することになる。

【００３９】投写管（ブラウン管）の蛍光面Ｐ１へ戻る
反射光のエネルギー強度を低減させるためには、反射光
の上限光線と下限光線の角度（物点ＡではＲＡＹ１′と
ＲＡＹ２′の角度、物点ＢではＲＡＹ４′とＲＡＹ５′
の角度、物点ＣではＲＡＹ６′とＲＡＹ７′の角度）を
大きくすれば良い。前記反射光の上限光線と下限光線の
角度が大きければ大きい程、投写管（ブラウン管）の蛍
光面Ｐ１上に到達する反射光の面積が大きくなり、前記
第４群レンズ４の光出射面Ｓ７で反射する光のエネルギ
ーは一定であることから、投写管(ブラウン管)の蛍光面
Ｐ１上での反射光のエネルギー強度は減少する。

【００４０】本発明の実施の形態においては、光軸に対
する前記第４群レンズ４の光出射面Ｓ７の傾き（有効径
の位置）θ_４を小さくすることにより、前記第４群レン
ズ４の光出射面での反射光の上限光線と下限光線の角度
を大きくし、投写管の蛍光面Ｐ１上での反射光のエネル
ギー強度を低減させ、高コントラストを実現している。

【００４１】しかしながら、コントラスト向上の為に前
記第４群レンズ４の光出射面Ｓ７の傾き（有効径の位
置）θ_４を２４°以下にしていくと、非球面レンズ成形
時にレンズが金型から離れなくなり、成形が困難とな
る。また、θ_４を４８°以上とするとコントラスト性能
が劣化する。

【００４２】したがって、表２２に示すように、コント
ラスト向上と非球面レンズの成形性のバランスから下記
の関係が成り立っている。

【００４３】２４°＜θ_４＜４８° さらに、本実施の形態では、第４群レンズ４において、
原画像からの映像光束の内、主波長以外の光束を吸収す
るような波長選択性フィルターを施し、画質に不要なス
ペクトルを吸収させてしまうことで、反射光のエネルギ
ー強度を効果的に低減しているのと同時に色収差の発生
も抑制している。波長選択性フィルターは複数のレンズ
素子のいずれかに施せばよいが、コントラストを考慮し
た場合は上記のように投写管の蛍光面Ｐ１に最も近い第
４群レンズ４に配設するのが好適である。

【００４４】次に、以上説明した本発明に係る投写用レ
ンズ装置を用いて、投写管蛍光面上に対角で５．２５イ
ンチの画像（ラスター）を表示し、この画像をスクリー
ン上に拡大投影（４５インチ）した場合のＭＴＦ（Ｍｏ
ｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏ
ｎ）によるフォーカス性能の評価結果を図９に示す。

【００４５】ここで、図９において代表特性として、表
１のレンズデータの特性を特性１、表２のレンズデータ
の特性を特性２、表１９のレンズデータの特性を特性３
として記載する。尚、他のレンズデータにおいても、本
構成によれば、図９と同様に良好なＭＴＦ特性が得られ
る。また、評価周波数としては、スクリーン上で白、黒
の縞信号として３００ＴＶ本をとった場合について示し
ている。

【００４６】図１０は、本発明による投写用レンズ装置
を適用した背面投写型画像表示装置の主要部示す画面垂
直断面図である。図１０において、１１はスクリーン、
１２は折り返しミラー、１３は投写用レンズ装置、１５
は映像発生源である投写管(ブラウン管)、１４は投写用
レンズ装置１３を投写管１５に固定するためのブラケッ
ト、１７は背面投写型画像表示装置の筐体、１６は投写
用レンズ装置の映像光束である。

【００４７】図１０で、投写管１５からの映像光束１６
は、折り返しミラー１２で折り返されて、背面から投写
され、スクリーン１１に映像を映し出すことが出来る。

【００４８】本発明の投写用レンズ装置を背面投写型画
像表示装置に用いた場合は、第１群レンズの最もスクリ
ーン側に位置するレンズのスクリーン側レンズ面先端か
ら、透過型スクリーンまでの距離（投写距離）Ｌ（ｍ
ｍ）と透過型スクリーンの対角有効サイズＭ（インチ）
の間には、表１乃至表２１から明らかなように １５．２ ＜ （Ｌ／Ｍ）＜１５．６ の関係が成り立ち、コンパクトなセットを実現できる。

【００４９】以上述べたように、本発明の実施形態によ
れば次の効果を得ることが出来る。 （１）最も屈折力の強いパワーレンズのスクリーン側に
位置する非球面レンズを、中央部が正の屈折力、周辺部
が負の屈折力となる形状にすることで、レンズ周辺部の
屈折力を強くし、また、パワーレンズの映像発生側に位
置する非球面レンズを、中央部が両凸、周辺部が映像発
生源側に凹のメニスカスとなる形状にすることで球面収
差を補正しているため、短投写距離でも良好なフォーカ
ス性能を実現し、セットのコンパクト化も実現できる。 （２）投写用レンズ装置全系の正の屈折力をほとんど第
２群レンズで分担し、かつ、第１群レンズと第３群レン
ズをプラスチック製レンズとしても、局部的な非球面形
状の組合わせによって、温度や吸湿量の変動による結像
性能の低下を軽減できる。 （２）パワーレンズの入射面および出射面の屈折力を最
適曲率半径とすることで、パワーレンズで発生する球面
収差とコマ収差をバランス良く補正できる。 （４）パワーレンズとその前後の面間距離を制御するこ
とで、十分な周辺光量比を得、かつ収差を良好に補正で
きる。 （５）映像発生源と映像発生源に最も近く配置されたレ
ンズエレメントの光出射面の傾きを小さくし、さらにレ
ンズエレメントに波長選択性フィルターを施すことで、
レンズエレメントからの反射光のエネルギー強度を低減
でき、高コントラスト化を実現できる。

【００５０】このように、本発明に係る投写用レンズ装
置を用いれば、画面全域にわたって、高コントラストで
ハイフォーカスな画像が得られ、コンパクトな背面投写
型画像表示装置が実現できる。さらに、パワーレンズに
安価な光学ガラスを使用し、少ないレンズ枚数でハイフ
ォーカスとコンパクト性を両立できる。

【００５１】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【表９】

【表１０】

【表１１】

【表１２】

【表１３】

【表１４】

【表１５】

【表１６】

【表１７】

【表１８】

【表１９】

【表２０】

【表２１】

【表２２】

【表２３】

【表２４】

【表２５】

【表２６】

【表２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、低
コストで、広角化（短投写距離）を実現しつつ良好に収
差補正を行ない、さらに、コントラスト比が十分大きく
鮮鋭な拡大像が得られる投写用レンズ装置及びこれを用
いた背面投写型画像表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態としての投写用レンズ装
置を示す断面図。

【図２】本発明の一実施の形態としての投写用レンズ装
置の光線追跡結果を説明するための図。

【図３】本発明の一実施の形態としての投写用レンズ装
置を示す断面図。

【図４】本発明の一実施の形態としての投写用レンズ装
置を示す断面図。

【図５】本発明の一実施の形態としての投写用レンズ装
置を示す断面図。

【図６】レンズ形状の定義を説明するために用いる説明
図。

【図７】レンズ形状の定義を説明するために用いる説明
図。

【図８】コントラストの劣化原因を説明するために用い
る説明図。

【図９】本発明の実施の形態として示した表１の投写用
レンズ装置のＭＴＦ特性図。

【図１０】本発明による投写用レンズ装置を適用した背
面投写型画像表示装置の主要部を示す画面垂直方向断面
図。

【符号の説明】

１…第１群レンズ、２…第２群レンズ、３…第３群レン
ズ、４…第４群レンズ、５…冷却液、６…投写管パネ
ル、７…内鏡筒、８…外鏡筒、９…固定板、１０…ブラ
ケット、１１…スクリーン、１２…折り返しミラー、１
３…投写用レンズ装置、１４…ブラケット、１５…投写
管、２０…映像光束、２１…筐体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 浩二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所デジタルメディアシステ ム事業部内 (72)発明者 中川 一成 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所デジタルメディアシステ ム事業部内 Ｆターム(参考） 2H087 KA06 PA04 PA17 PB04 QA02 QA07 QA12 QA21 QA25 QA37 QA41 QA45 RA05 RA12 RA13 RA43 UA09 5C058 BA08 BA11 EA12 EA32 EA42

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】映像発生源に表示された原画像をスクリー
   ンに拡大投影する為の複数のレンズ素子を備えた投写用
   レンズ装置において、 スクリーン側から順に、正の屈折力を有しその中心部分
   の形状がスクリーン側に凸のメニスカスレンズを含む第
   １レンズ群と、前記複数のレンズ素子の中で最も強い正
   の屈折力を有するパワーレンズを含む第２レンズ群と、
   光軸近傍が両凸で正の屈折力を有し、かつ周辺部が映像
   発生源側に凹メニスカス形状を有したレンズを含む第３
   レンズ群と、スクリーン側に凹のレンズ面を有し負の屈
   折力を含む第４レンズ群を配置し、 前記パワーレンズのスクリーン側に位置する第１レンズ
   群の中央部が正、周辺部が負の屈折力を有することを特
   徴とする投写用レンズ装置。
2. 【請求項２】映像発生源に表示された原画像をスクリー
   ンに拡大投影する為の複数のレンズ素子を備えた投写用
   レンズ装置において、 スクリーン側から順に、正の屈折力を有しその中心部分
   の形状がスクリーン側に凸のメニスカスレンズを含む第
   １レンズ群と、前記複数のレンズ素子の中で最も強い正
   の屈折力を有するパワーレンズを含む第２レンズ群と、
   光軸近傍が両凸で正の屈折力を有し、かつ周辺部が映像
   発生源側に凹メニスカス形状を有したレンズを含む第３
   レンズ群と、スクリーン側に凹のレンズ面を有し負の屈
   折力を含む第４レンズ群を配置し、 前記第４レンズ群光出射面の、有効径の位置における接
   線と、光軸との為す角度θ_４が、 ２４°＜θ_４＜４８° の関係を有することを特徴とする投写用レンズ装置。
3. 【請求項３】映像発生源に表示された原画像をスクリー
   ンに拡大投影する為の複数のレンズ素子を備えた投写用
   レンズ装置において、 スクリーン側から順に、正の屈折力を有しその中心部分
   の形状がスクリーン側に凸のメニスカスレンズを含む第
   １レンズ群と、前記複数のレンズ素子の中で最も強い正
   の屈折力を有するパワーレンズを含む第２レンズ群と、
   正の屈折力を有し中心部分の形状が映像発生源側に凸の
   レンズ面を有したレンズを含む第３レンズ群と、スクリ
   ーン側に凹のレンズ面を有し負の屈折力を含む第４レン
   ズ群とを配した構成を備え、次の条件を満足することを
   特徴とする投写用レンズ装置。 ０．０１＜（ｆ_０／ｆ_１）＜０．２１ ０．７８＜（ｆ_０／ｆ_２）＜０．９８ ０．１９＜（ｆ_０／ｆ_３）＜０．５３ −０．６８＜（ｆ_０／ｆ_４）＜−０．４４ ただし、ｆ_０：投写用レンズ装置全系の焦点距離 ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離 ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離 ｆ_３：第３レンズ群の焦点距離 ｆ_４：第４レンズ群の焦点距離
4. 【請求項４】前記第１レンズ群の中央部が正、周辺部が
   負の屈折力を有することを特徴とする請求項２または３
   に記載の投写用レンズ装置。
5. 【請求項５】前記第４レンズ群光出射面の、有効径の位
   置における接線と、光軸との為す角度θ_４が、 ２４°＜θ_４＜４８° の関係を有することを特徴とする請求項３に記載の投写
   用レンズ装置。
6. 【請求項６】前記第１レンズ群、第２レンズ群、第３レ
   ンズ群は、該第１レンズ群と第２レンズ群のレンズ面間
   距離Ｌ_１２と第２レンズ群と第３レンズ群レンズ面間距
   離Ｌ _２３が、 ０．８＜（Ｌ_２３／Ｌ_１２）＜
   １．４ の関係を有することを特徴とする請求項１乃至５のいず
   れかに記載の投写用レンズ装置。
7. 【請求項７】前記パワーレンズの光入射面の曲率半径Ｒ
   _４、光出射面の曲率半径Ｒ_３が、 １．３ ＜｜Ｒ_４｜／｜Ｒ_３｜＜３．１ の関係を有することを特徴とする請求項１乃至５のいず
   れかに記載の投写用レンズ装置。
8. 【請求項８】前記複数のレンズ素子のうち、少なくとも
   一つの面が非球面で、その非球面係数が１４次以上であ
   ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
   投写用レンズ装置。
9. 【請求項９】前記複数のレンズ素子のうち、少なくとも
   一つの面に変曲点が２ヶ所以上あることを特徴とする請
   求項１乃至５のいずれかに記載の投写用レンズ装置。
10. 【請求項１０】前記パワーレンズの硝材のアッベ数νｄ
    を６０以上で、かつ屈折率（ｎｄ）を１．６００以下と
    したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載
    の投写用レンズ装置。
11. 【請求項１１】前記複数のレンズ素子のうち、少なくと
    も一つのレンズ素子が波長選択性フィルターを備えるこ
    とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の投写
    用レンズ装置。
12. 【請求項１２】前記第１レンズ群の光出射面の球面量Ｓ
    _Ｓ１に対する非球面量Ａ_Ｓ１、該第１レンズ群の光入射
    面の球面量Ｓ_Ｓ２に対する非球面量Ａ_Ｓ２、前記第３レ
    ンズ群の光出射面の球面量Ｓ_Ｓ５に対する非球面量Ａ
    _Ｓ５、該第３レンズ群の光入射面の球面量Ｓ_Ｓ６に対す
    る非球面量Ａ_Ｓ６、前記第４レンズ群の光出射面の球面
    量Ｓ_Ｓ７に対する非球面量Ａ_Ｓ７が、次の関係を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の投
    写用レンズ装置。
13. 【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれかに記載の投
    写用レンズ装置を、前記映像発生源の前方に配置し、該
    投写用レンズ装置の前方の結像面に、前記スクリーンを
    配置して構成したことを特徴とする背面投射型画像表示
    装置。
14. 【請求項１４】前記投射用レンズ装置が有する第１レン
    ズ群の光出射面から前記透過型スクリーンに至るまでの
    距離Ｌ（ｍｍ）と前記スクリーンの有効対角長Ｍ（イン
    チ）が、 １５．２＜（Ｌ／Ｍ）＜１５．６ の関係を有することを特徴とする請求項１３に記載の背
    面投射型画像表示装置。