JP2005070374A - 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

【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に高屈折率（1.63〜1.70）、アッベ数５０以上の硝材を用い、パワーレンズの入出射形状を最適化することで、焦点距離を短くしても良好な収差補正を実現でき、フォーカス性能が向上できる。また、前期の高屈折率パワーレンズにより、充分なパワーが得られる為、コントラスト向上の為にバックフォーカスを長くしてもプラスチックレンズの非球面量を最適化することで良好な収差補正を実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投写型画像表示装置、それに用いられる投写用レンズ装置に関する。

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、例えば下記特許文献１、２及び３に記載のものが知られている。下記特許文献１には、最も強い正の屈折力を持つパワーレンズとして高分散、低屈折率の球面ガラスレンズを用い、更に３枚の非球面レンズを備えた４群４枚構成のレンズを開示している。下記特許文献２には、上記パワーレンズとして低分散、高屈折率の球面ガラスレンズを用い、更に４枚の非球面レンズを備えた５群５枚構成のレンズを開示している。また、下記特許文献３には、上記パワーレンズとして高分散、低屈折率の球面ガラスレンズを用い、更に５枚の非球面レンズを備えた６群６枚構成のレンズを開示している。

特開平１−２５０９１６号公報 特開平７−１５９６８８号公報 特開平９−１５９９１４号公報

投写用レンズ装置は、背面投写型画像表示装置（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、屈折率が高いほど高価である。

上記特許文献１に記載のパワーレンズは、屈折率が約１．５９、アッベ数が６１．３の低屈折率かつ高分散の光学ガラス(硝材)が用いられている(このような硝材は、例えばSCHOTT社のSK5(商品名)に代表される)。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。

上記特許文献２においては、上記パワーレンズとして、屈折率が約１．６２、アッベ数が６０．３の高屈折率かつ低分散の光学ガラスが用いられている(このような硝材は、例えばSCHOTT社のSK16(商品名)に代表される)。第１の従来技術で使用される光学ガラスの価格を基準（１．０）とすると、第２の従来技術で使用される光学ガラスの価格は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の従来技術よりも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。

上記特許文献３においては、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。

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。

このように、背面投写型画像表示装置に用いられる投写用レンズ装置は、低コストであり、かつセットのコンパクト化のためにその投写距離を短く(すなわち広角化)しても、収差補正を良好にして高画質な投写映像を得られることが要求される。

本発明は、上述の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、セットをコンパクト化することが可能な技術を提供することにある。

上記目的を達成する為に、本発明は、投写用レンズ装置装置における最も強い正の屈折力を有するパワーレンズとして、屈折率が例えば約１．６３〜約１．７０の高屈折率のものを用いることを特徴とする。特に、約１．６３５〜約１．６６０であるものが好ましく、更に約１．６３８５(約１．６３８〜約１．６３９)のものが好ましい。更に、パワーレンズの形状を最適化することで焦点距離を短くしても良好な収差補正が可能とする。その際パワーレンズの硝材のアッベ数を５０以上とすることで、色収差の低減が可能となる。

低コスト化は構成枚数を４群４枚構成とすることにより実現できる。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、より高精度な収差補正が可能となる。

次に、コントラスト向上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、上記メニスカスレンズの空気側界面を原画像より遠ざけることで、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ている。これは、投写用レンズのバックフォーカスが長くなるということであり、一般的にはバックフォーカスが長くなれば収差の補正が困難となる。バックフォーカスを長くしたことによる収差については、プラスチック非球面レンズの非球面量および変曲点の最適化により低減している。

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、さらに蛍光体の発光スペクトルの内スプリアス成分をカットするので、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。

本発明によれば、セットをコンパクト化することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図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。

図１は本発明の一実施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ＲＡＹ１、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。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ＲＡＹ４、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。

次に本発明の実施形態の投写レンズ構成について図１をもとに説明する。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。

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１５に示す。表１乃至表１５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２に示したレンズデータの断面形状を、図４に表３に示したレンズデータの断面形状を、図５に表４に示したレンズデータの断面形状を、図６に表５に示したレンズデータの断面形状を、図７に表６に示したレンズデータの断面形状を、図８に表７に示したレンズデータの断面形状を、図９に表８に示したレンズデータの断面形状を、図１０に表９に示したレンズデータの断面形状を、図１１に表１０に示したレンズデータの断面形状を、図１２に表１１に示したレンズデータの断面形状を示す。

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８２３ｍｍ、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、６９．７９９３１ｍｍ（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１０ｍｍ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１．５６２３２であることが示されている。第１群レンズ１の面Ｓ１、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。

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。

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。

上記数１のＺ（ｒ）はレンズ形状の定義について説明した図１３及び図１４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。

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、１．７００以下の屈折率、具体的には屈折率が１．６３０以上で１．７００以下であり、アッベ数が５０以上の高分散の硝材を使用している。好ましくは、屈折率が約１．６３５〜約１．６６０であること、更に好ましくは、屈折率が約１．６３８５(約１．６３８〜約１．６３９)であることが好ましい。一般的に、高屈折率の硝材は価格が高い為、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。しかし、近年光学硝材の国際調達が可能となり、従来ほどの価格差が無くなり、屈折率１．７程度の高屈折率硝材でも低価格で購入することが可能となった。

そこで、本発明では、前記パワーレンズに高屈折率の硝材を使用することで、焦点距離を短くし、セットのコンパクト化を図った。アッベ数は５０以下であると短焦点化しても色収差が発生しフォーカス性能が劣化する為、アッベ数５０以上の硝材を使用した。

また、図２に示す光軸上の物点Ａからの映像光(図中ＲＡＹ１、ＲＡＹ２)と物点Ｂからの映像光(図中ＲＡＹ３、ＲＡＹ４、ＲＡＹ５)では、前記パワーレンズを通過する領域が異なり、それぞれ球面収差、コマ収差が発生する。この２つの収差はトレードオフの関係で、片方を良くすればもう一方の収差が悪くなる為、パワーレンズの入出射面の形状を下記の様なパワー配分とすることで、両者の収差をバランス良く補正している。

４９ ＜ （１／Ｐ₂ ）＜ ５７
ただし、Ｐ₂＝（（１／Ｒ_３）−（１／Ｒ_４））
Ｒ_４：前記パワーレンズの光入射面の曲率半径
Ｒ_３：前記パワーレンズの光出射面の曲率半径
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インチのラスターを、スクリーン上に５３インチに拡大投影する場合、投写距離８２３ｍｍ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１７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１７についての詳細な説明は後述する。

また、表１乃至表１５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。

０．０１＜（ｆ_０／ｆ_１）＜０．１５
０．８５＜（ｆ_０／ｆ_２）＜０．９５
０．３０＜（ｆ_０／ｆ_３）＜０．４５
−０．７５＜（ｆ_０／ｆ_４）＜−０．５０
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。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。

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。

表１７乃至表２１に、非球面の程度（Ａｓｎ／Ｓｓｎ、ｎは面番号）及び変曲点数を示す。表１７は第1群レンズ１の光出射面Ｓ１、表１８は第１群レンズ１の光入射面Ｓ２、表１９は第３群レンズ３の光出射面Ｓ５、表２０は第３群レンズ３の光入射面Ｓ６、表２１は第４群レンズ４の光出射面Ｓ７を示したものである。

表１７乃至表２１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。

０．１５ ＜（Ａ_Ｓ１／Ｓ_Ｓ１）＜０．３５
０．４７０＜（Ａ_Ｓ２／Ｓ_Ｓ２）＜０．７５
−７９．６５＜（Ａ_Ｓ５／Ｓ_Ｓ５）＜６３．７５
０．１０ ＜（Ａ_Ｓ６／Ｓ_Ｓ６）＜１．３５
０．９０ ＜（Ａ_Ｓ７／Ｓ_Ｓ７）＜１．３５
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。

次に、図１５にコントラスト比を劣化させる要因の説明図を示す。図１５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。

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′、ＲＡＹ５′、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′、ＲＡＹ４′、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。

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。

本発明の実施の形態においては、前記第４群レンズ４の光出射面Ｓ７を投写管(ブラウン管)の蛍光面Ｐ１上から遠ざける（バックフォーカスを長くする）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。

しかしながら、バックフォーカスを長くすると収差補正が困難となる。従来は、パワーレンズに低屈折率の硝材を使用いたが、セットコンパクト化の要求もあって焦点距離を短くしなければならず、パワーレンズ以外のプラスチックレンズにも負担がかかっており、プラスチックレンズを収差補正の目的のみで使用できず、バックフォーカスを長くした時の収差まで補正できなかった。しかし、本発明の実施の形態においては、焦点距離の短縮には高屈折率の硝材の使用およびパワーレンズの形状最適化により対応し、バックフォーカスを長くした時に発生する収差についてはプラスチックレンズの形状最適化によって良好な収差補正を実現し、コントラストの向上を実現した。

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、各色蛍光体の主波長以外の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。

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．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（５３インチ）した場合のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）によるフォーカス性能の評価結果を図１６に示す。

ここで、図１６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１０のレンズデータの特性を特性２、表１３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。

図１７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１７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。

図１７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。
以上述べたように、本発明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に屈折率が約１．６３〜約１．７０の硝材を用いることで焦点距離を短くでき、セットのコンパクト化を実現できる。
（２）最も屈折力の強いパワーレンズにアッベ数５０以上の硝材を用いることで、色収差を低減でき、フォーカス性能の劣化を低減できる。
（３）最も屈折力の強いパワーレンズの形状を最適化することで、球面収差とコマ収差のバランスを取る事が出来、良好な収差補正が実現できる。
（４）プラスチックレンズの非球面の程度および変曲点数を最適化することで、良好な収差補正を実現できる。
（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を映像発生源から遠ざけ、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。

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、パワーレンズに高屈折率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。

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。

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 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 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 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 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 レンズ形状の定義を説明するために用いる説明図 レンズ形状の定義を説明するために用いる説明図 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 表１に示したの投写用レンズ装置のＭＴＦ特性図 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 表１０に示したレンズデータに基づく投写レンズ装置の断面形状を示す図 表１１に示したレンズデータに基づく投写レンズ装置の断面形状を示す図 レンズ断面形状を表す関数Ｚ(r)を説明する図 レンズ断面形状を表す関数Ｚ(r)並びに非球面量を説明する図 投写管から第４群レンズ４までの光線の進行の様子を示す図 本発明に係る投写用レンズ装置のＭＴＦによるフォーカス性能の評価結果を示す図 背面投写型画像表示装置の垂直方向断面図

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、
１３…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、Ｐ１…螢光面、Ａ…光軸上の物点、Ｂ、Ｃ…軸外の物点、
RAY1〜7…光線経路、RAY1',RAY2',RAY5',RAY6',RAY7'…反射光線経路

Claims (15)

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、
   前記スクリーン側から前記映像発生源側に掛けて順に配置された、
   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、
   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持つ第４レンズ群と、を有し、
   前記第２レンズ群に含まれるパワーレンズの屈折率が、約１．６３〜約１．７０であることを特徴とする投写用レンズ装置。
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、
   前記スクリーン側から前記映像発生源側に掛けて順に配置された、
   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レンズ群と、を有し、
   次の条件を有することを特徴とする投写用レンズ装置。
   ４９ ＜ （１／Ｐ₂ ）＜ ５７
   ただし、Ｐ₂＝（（１／Ｒ_３）−（１／Ｒ_４））
   Ｒ_４：前記パワーレンズの光入射面の曲率半径
   Ｒ_３：前記パワーレンズの光出射面の曲率半径
3. 前記パワーレンズの硝材の屈折率ｎｄが約１．７０以下であることを特徴とする請求項２に記載の投写用レンズ装置。
4. 前記パワーレンズの硝材の屈折率ｎｄが約１．６３〜約１．７０であることを特徴とする請求項２に記載の投写用レンズ装置。
5. 前記パワーレンズの硝材のアッベ数νｄが５０以上であることを特徴とする請求項２に記載の投写用レンズ装置。
6. 請求項２に記載の投写用レンズ装置において、更に以下の条件を満たすことを特徴とする投写用レンズ装置。
   ０．０１＜（ｆ_０／ｆ_１）＜０．１５
   ０．８５＜（ｆ_０／ｆ_２）＜０．９５
   ０．３０＜（ｆ_０／ｆ_３）＜０．４５
   −０．７５＜（ｆ_０／ｆ_４）＜−０．５０
   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
7. 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２に記載の投写用レンズ装置。
   ０．１５ ＜（Ａ_Ｓ１／Ｓ_Ｓ１）＜０．３５
   ０．４７０＜（Ａ_Ｓ２／Ｓ_Ｓ２）＜０．７５
   −７９．６５＜（Ａ_Ｓ５／Ｓ_Ｓ５）＜６３．７５
   ０．１０ ＜（Ａ_Ｓ６／Ｓ_Ｓ６）＜１．３５
   ０．９０ ＜（Ａ_Ｓ７／Ｓ_Ｓ７）＜１．３５
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２に記載の投写用レンズ装置。
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２に記載の投写用レンズ装置。
10. 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に波長選択性フィルター施したことを特徴とする請求項２に記載の投写用レンズ装置。
11. 請求項１乃至１０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、フレネルシートを含む透過型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。
12. 前記パワーレンズの屈折率が、約１．６３５〜約１．６６０であることを特徴とする請求項１に記載の投写用レンズ装置。
13. 前記パワーレンズの屈折率が、約１．６３８〜約１．６３９であることを特徴とする請求項１に記載の投写用レンズ装置。
14. 背面投射型画像表示装置において、
    映像発生源と、スクリーンと、該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とを備え、前記投写用レンズ装置は、前記スクリーン側から前記映像発生源側に掛けて順に配置された、
    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、
    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持つ第４レンズ群と、を有し、
    前記第２レンズ群に含まれるパワーレンズの屈折率が、約１．６３〜約１．７０であることを特徴とする背面投射型画像表示装置。
15. 前記映像発生源がＣＲＴであることを特徴とする請求項１４に記載の背面投射型画像表示装置。
    

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