JP3105805B2 - 広画角液晶プロジェクションレンズシステム - Google Patents

広画角液晶プロジェクションレンズシステム

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JP3105805B2 JP08327145A JP32714596A JP3105805B2 JP 3105805 B2 JP3105805 B2 JP 3105805B2 JP 08327145 A JP08327145 A JP 08327145A JP 32714596 A JP32714596 A JP 32714596A JP 3105805 B2 JP3105805 B2 JP 3105805B2
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプロジェクションレ
ンズシステムに係り、特に映像表示パネルから出射され
る映像を背面方式の液晶プロジェクションディスプレイ
装置のスクリ−ンに拡大投射する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１及び図２に示したように、先行技術
による広画角液晶プロジェクションディスプレイ装置１
に使われるプロジェクションレンズシステム２は長方形
の形状を有し、液晶パネル３とスクリ−ン５との間に一
列に配置され前記液晶パネル３から入射される映像を反
射鏡４を介して前記スクリ−ン５に拡大投射する。
【０００３】前述した構造の先行技術による背面方式の
液晶プロジェクションディスプレイ装置１は長方形のプ
ロジェクションレンズシステム２を使用することにより
高さ（Ｈ）及び奥行き（Ｄ）がスクリ−ン５の大きさに
比べてかなり大きくなり、大空間を占め、設置及び移動
に際して問題となる。また、先行の技術によるレンズシ
ステム２では前記液晶パネル３から該プロジェクション
レンズシステム２に入射される映像の光軸とプロジェク
ションレンズシステム２の光軸がなす角度が前記液晶パ
ネル３のエッジ側に行くほど大きくなり、前記液晶パネ
ル３のエッジ側から前記プロジェクションレンズシステ
ム２に入射される映像のレンズにおける表面反射率が大
きくなるので、結局、前記液晶パネル３のエッジ領域で
プロジェクションシステム２に入射される光量が減少さ
れ、全体的な映像においてエッジ側がぼやけることによ
りコントラストが低下する問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は前述
のような諸問題点を解決するために案出されたもので、
その目的はプリズムと集光レンズを用いてプロジェクシ
ョンディスプレイシステムの高さと奥行きを最小化する
と共に、コントラストの高い画像が得られるようにする
広画角液晶プロジェクションレンズシステムを提供する
ことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明による広画角液晶プロジェクションレン
ズシステムは、プロジェクションディスプレイシステム
のスクリ−ンに拡大投射される映像を出力する映像構成
素子の光出射面に対向して入射される映像光を集束させ
る集光レンズと、前記集光レンズの出射面に対向して設
けられ該集光レンズにより集束し出射される映像光の色
収差を補正する第１レンズグル−プと、前記第１レンズ
グル−プから出射される映像光軸の角度を切り換える第
２レンズグル−プと、前記第２レンズグル−プから出射
される映像光を拡大して反射鏡に投射する第３レンズグ
ル−プとを含むことを特徴とする。
【０００６】本発明の前述した特性により、映像構成素
子からの映像を背面方式のプロジェクションディスプレ
イ装置のスクリ−ンに拡大投射する広画角プロジェクシ
ョンレンズシステムを形成するに際し、プロジェクショ
ンレンズの内部にプリズムを用いて光軸を約９０°以上
切り換えることによりプロジェクションディスプレイ装
置の高さと奥行きを最小限に減らし、映像構成素子の光
出射面に対向して集光レンズを設けて液晶ディスプレイ
パネルから略垂直に投射される光束のみがプロジェクシ
ョンレンズシステムを通過できるようにしてコントラス
トを向上させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の好ましい実施例をさらに詳しく説明する。各図を通
して同一な部分には同じ符号を付してある。本発明によ
る広画角液晶プロジェクションレンズシステムを用いた
液晶プロジェクションディスプレイ装置２０は図３に示
したように、ＬＣＤパネルまたはＰＤＬＣＤパネルから
構成される映像構成素子２１から出射された映像光をプ
ロジェクションレンズシステム２２を介して拡大投射し
て反射鏡２３に反射させスクリ−ン２４に映像をディス
プレイするように構成されている。
【０００８】前述したように構成された前記液晶プロジ
ェクションディスプレイ装置２０において、前記プロジ
ェクションレンズシステム２２は前記映像構成素子２１
から出射される映像光を集束させる集光レンズＬ９と、
前記集光レンズＬ９から入射された映像光の色収差を補
正する第１レンズグル−プＧ１と、前記第１レンズグル
−プＧ１から入射された映像光の方向を変化させる第２
レンズグル−プＧ２と、前記第２レンズグル−プＧ２か
ら入射された映像ビ−ムを拡大して前記反射鏡２３に投
射する第３レンズグル−プＧ３とを含む。
【０００９】前記集光レンズＬ９の焦点の長さは前記第
１レンズグル−プＧ１と前記集光レンズＬ９との距離よ
り大きく、前記集光レンズＬ９は高い分散係数と低い屈
折率を有する。前記集光レンズＬ９の光軸の映像構成素
子２１の光軸に対する平行度が±３°の許容誤差の範囲
内で形成されることにより、一層明るくコントラストの
高い画像が得られる。前記第１レンズグル−プＧ１は１
枚以上の色消しレンズと投影レンズＬ６とを含む。前記
色消しレンズは弱い正の光学パワ−(positiveoptical p
ower)を有し、集光レンズの色収差を補正するように高
い分散係数と低い屈折率を有する凸レンズＬ８と、低い
分散係数と高い屈折率を有する凹レンズＬ７とが互いに
接合される形態となる。本発明の他の実施例により、前
記凸レンズＬ８が低い分散係数と高い屈折率を有した
り、前記凹レンズＬ７が高い分散係数と低い屈折率を有
することもできる。
【００１０】前記第２レンズグル−プＧ２は１枚のプリ
ズムＬ５と投影レンズＬ４とを含む。前記投影レンズＬ
４は高い分散係数及び低い屈折率を有し、その背面に前
記プリズムＬ５が置かれる光軸上の空間を確保できるよ
うに前記第３レンズグル−プＧ３と対向して設置され
る。前記プリズムＬ５は背面方式の液晶プロジェクショ
ンディスプイ装置の高さＨ’と奥行きＤ’を先行技術に
よる装置より減らせるようにプロジェクションレンズシ
ステムの光軸を切り換えさせるように、前記第１レンズ
グル−プＧ１から映像が投射される入射面Ｓ１１と、光
軸を切り換える反射面Ｓ１０と、前記レンズＬ４に向か
う出射面Ｓ９とを有する。前記プリズムＬ５の入射面Ｓ
１１、反射面Ｓ１０及び出射面Ｓ９はそれぞれ平面から
なっており、前記入射面Ｓ１１の法線と前記出射面Ｓ９
の法線が交差して成す角度は４５°〜９０°である。
【００１１】前記第３レンズグル−プＧ３は前記第２レ
ンズグル−プＧ２と本体ケ−スの内部の天井角部に設け
られている前記反射鏡２３との間に設けられ画角を広げ
る第１及び第２レンズＬ１、Ｌ２と、液晶プロジェクシ
ョンレンズシステムの非点収差と歪曲収差を補正するた
めに非球面を有する第３レンズＬ３とを含む。前記第３
レンズＬ３の非球面は次の式で表現される。
【００１２】
【数１】
【００１３】前記式において、Ｚはプロジェクションレ
ンズシステムの光軸から任意の長さｙだけ離れた距離に
おける表面の位置であり、ｃは光軸においてレンズの曲
率、ｋは円周面の定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは非球面係数で
ある。前記第２レンズグル−プＧ２のレンズＬ４はプリ
ズムＬ５が入るべき空間の確保と長い焦点距離を保つた
めに負の光学パワ−を有する第３レンズグル−プＧ３と
以下の関係を有する。
【００１４】｜ｆG1｜×１．５８≦ ｆp 上記式において、ｆG1は第３レンズグル−プＧ３の焦点
長さであり、ｆp は第２レンズグル−プＧ２のレンズＬ
４の焦点距離である。本発明の液晶プロジェクションシ
ステムの各フィ−ルド別の主光線は映像構成素子２１か
ら略垂直に出射し、その範囲は以下の通りである。
【００１５】８７°≦ ｜θc ｜≦ ９３° 上記式において、θc は、映像構成素子２１のレンズＬ
９側の面と、映像構成素子２１面上の任意の位置からレ
ンズＬ９に向かってレンズＬ９に入射される主光線がな
す角度である。かかる本発明によるレンズシステムの仕
様を次の表１に示す。 （表１） レンズ 表面 表面半径 表面との Ｎｄ Ｖｄ アキシアル距離 Ｌ１ Ｓ１ 48.17751 3.200000 1.7551 27.5302 Ｓ２ 27.14986 7.574655 Ｌ２ Ｓ３ 37.26238 4.160000 1.4920 57.1000 Ｓ４ 20.99776 12.852060 Ｌ３ Ｓ５ 365.70832 3.045273 1.7440 44.7200 Ｓ６ 49.39223 26.672040 Ｌ４ Ｓ７ 136.89548 8.000000 1.7552 27.5302 Ｓ８ -85.42751 8.534598 Ｌ５ Ｓ９ 30.000000 1.6229 58.1223 Ｓ10 30.000000 Ｓ11 6.737756 Ｌ６ Ｓ12 207.75135 3.600000 1.6031 60.6946 Ｓ13 -110.12058 2.121699 Ｌ７ Ｓ14 463.28994 1.500000 1.7552 27.5302 Ｌ８ Ｓ15 27.03713 3.200000 1.6385 55.4496 Ｓ16 -105.3.281 84.401920 Ｌ９ Ｓ17 72.17704 10.400000 1.6584 50.8546 Ｓ18 非球面収差 Ｓ３ K：-0.474705 A：0.105421E-04 B:-.14374E-07 C:0.110722E D:-.582803E-14 Ｓ４ K: -0.542838 A：0.117551E-04 B:-.18175E-07 C:-.314382E-11 D:-.261295E-13 第３レンズグル−プＧ３は図５に示したようにプロジェ
クションレンズシステムの色収差を補正するために高い
分散係数及び低い屈折率を有する第４レンズＬ４’と、
低い分散係数及び高い屈折率を有する第５レンズＧ５’
とが接合された１枚の色消しレンズを含む。このレンズ
システムの仕様を次の表２に示す。
【００１６】 （表２） レンズ 表面 表面半径 表面との Ｎｄ Ｖｄ アキシアル距離 Ｌ１’ Ｓ１’ 82.10420 6.200000 1.5167 64.1983 Ｓ２’ 106.54108 0.230435 Ｌ２’ Ｓ３ 56.60309 3.200000 1.7858 43.9344 Ｓ４ 28.43535 8.154609 Ｌ３’ Ｓ５’ 46.29756 4.160000 1.4920 57.1000 Ｓ６’ 23.26972 10.235830 Ｌ４’ Ｓ７’ 109.79187 8.200000 1.5167 64.1983 Ｌ５’ Ｓ８’ -73.95939 2.630000 1.7440 44.7200 Ｓ９’ 35.84839 17.181070 Ｌ６’ Ｓ10’ 165.00706 6.000000 1.7551 27.5302 Ｓ11’ -70.55054 2.727429 Ｌ７’ Ｓ12 30.000000 1.6385 55.4496 Ｓ13’ 30.000000 Ｓ14 4.200000 Ｌ８’ Ｓ15 227.41448 3.6000000 1.7015 41.1490 Ｓ16 -71.113651 6.0000000 Ｌ９’ Ｓ17’ -688.35298 1.7550000 1.7551 27.5302 Ｌ10' Ｓ18’ 23.87369 4.360000 1.6584 50.8546 Ｓ19’ -86.64169 78.293056 Ｌ11' Ｓ20’ 70.15795 9.000000 1.6584 55.4496 Ｓ21’ 非球面収差 Ｓ５ K：0.005027 A：0.101111E-04 B:-.129892-07 C:0.939820-11 D:-.514403E-14 Ｓ６ K: -0.310434 A：0.945623E-05 B:-.148386E-07 C:-.929317E-11 D:-.248500E-13
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の前述した構
成によりプリズムを用いることにより光軸が９０°以上
曲がるようにスクリ−ンのサイズに比べてシステムの高
さ（Ｈ’）と奥行き（Ｄ’）が著しく減るので、外観が
コンパクトであり、設置及び移動が自在になり、明るく
コントラストの高い画像を得られる。
【００１８】本発明を特定の望ましい実施例に関連して
示し説明したが、特許請求の範囲により備えられる本発
明の精神や分野を逸脱しない限り本発明が多様に変形さ
れうることは当業者の通常の知識を持つ者にとって容易
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のプロジェクションディスプレイシステム
を示す断面図である。
【図２】図１のシステムに使われるプロジェクションレ
ンズの投射図である。
【図３】本発明による液晶プロジェクションディスプレ
イシステムを示す断面図である。
【図４】本発明による液晶プロジェクションディスプレ
イシステムに使われる一例のプロジェクションレンズの
配列を示す図である。
【図５】本発明による液晶プロジェクションディスプレ
イシステムに使われる他の例のプロジェクションレンズ
の配列を示す図である。
【符号の説明】
２０ 液晶プロジェクションディスプレイ装置 ２１ ＬＣＤパネル ２２ プロジェクションレンズシステム ２３ 反射鏡 ２４ スクリ−ン Ｇ１ 第１レンズグル−プ Ｇ２ 第２レンズグル−プ Ｇ３ 第３レンズグル−プ Ｌ１ 第１レンズ Ｌ２ 第２レンズ Ｌ３ 第３レンズ Ｌ４ 第４レンズ Ｌ５ プリズム Ｌ７ 第２色消しレンズ Ｌ８ 第１色消しレンズ Ｌ９ 集光レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プロジェクションディスプレイシステム
    のスクリ−ンに拡大投射される映像を出力する映像構成
    素子の光出射面に対向して入射される映像光を集束させ
    る集光レンズと、 前記集光レンズの出射面に対向して設けられ集光レンズ
    により集束し出射される映像光の色収差を補正する第１
    レンズグル−プと、 前記第１レンズグル−プから出射される映像光軸の角度
    を切り換える第２レンズグル−プと、 前記第２レンズグル−プから出射される映像光を拡大し
    て反射鏡に投射する第３レンズグル−プと、を含むこと
    を特徴とする広画角液晶プロジェクションレンズシステ
    ム。
  2. 【請求項２】 前記集光レンズが高い分散係数と低い屈
    折率を有することを特徴とする請求項１に記載の広画角
    液晶プロジェクションレンズシステム。
  3. 【請求項３】 前記集光レンズの焦点の長さが第１レン
    ズグル−プと集光レンズとの距離より大きいことを特徴
    とする請求項２に記載の広画角液晶プロジェクションレ
    ンズシステム。
  4. 【請求項４】 前記集光レンズの光軸の映像構成素子の
    光軸に対する平行度は±３°の許容誤差範囲内で形成さ
    れていることを特徴とする請求項３に記載の広画角液晶
    プロジェクションレンズシステム。
  5. 【請求項５】 前記第１レンズグル−プは１枚以上の色
    消しレンズから構成され弱い正の光学パワ−を以て集光
    レンズによる色収差を補正することを特徴とする請求項
    １に記載の広画角液晶プロジェクションレンズシステ
    ム。
  6. 【請求項６】 前記色消しレンズが高い分散係数及び低
    い屈折率を有する第１レンズと、低い分散係数及び高い
    屈折率を有する第２レンズとが互いに接合形態で構成さ
    れることを特徴とする請求項５に記載の広画角液晶プロ
    ジェクションレンズシステム。
  7. 【請求項７】 前記第１レンズが低い分散係数及び高い
    屈折率を有し、第２色消しレンズが高い分散係数及び低
    い屈折率を有して前記第１レンズと接合されることを特
    徴とする請求項５に記載の広画角液晶プロジェクション
    レンズシステム。
  8. 【請求項８】 前記第２グル−プレンズは第３レンズグ
    ル−プに向かう１枚の投影レンズと、第１レンズグル−
    プから映像が投射される入射面と、光軸を切り換える反
    射面と、レンズに向かう出射面を備えるプリズムとから
    構成されることを特徴とする請求項１に記載の広画角液
    晶プロジェクションレンズシステム。
  9. 【請求項９】 前記入射面、反射面、出射面がぞれぞれ
    平面からなることを特徴とする請求項８に記載の広画角
    液晶プロジェクションレンズシステム。
  10. 【請求項１０】 前記プリズムの入射面の法線と出射面
    の法線が互いに交差してなす角度が４５°〜９０°の範
    囲に含まれることを特徴とする請求項８に記載の広画角
    液晶プロジェクションレンズシステム。
  11. 【請求項１１】前記投影レンズの焦点距離ｆp は第３レ
    ンズグル−プの焦点距離ｆp と｜ｆG1｜×１．５８≦ｆ
    p の関係を有することを特徴とする請求項８に記載の広
    画角液晶プロジェクションレンズシステム。
  12. 【請求項１２】 前記第３レンズグル−プが第２レンズ
    グル−プと反射鏡との間で反射鏡に向かう第１凹レンズ
    と第２凹レンズとからなる２枚以上のレンズを備えるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の広画角液晶プロジェク
    ションレンズシステム。
  13. 【請求項１３】 前記第３レンズグループが非球面を有
    する１枚以上の第３レンズを含むことを特徴とする請求
    項１２に記載の広画角液晶プロジェクションレンズシス
    テム。
  14. 【請求項１４】 前記第３レンズルグ−プは高い分散係
    数と低い屈折率を有する第４レンズと、低い分散係数と
    高い屈折率を有する第５レンズとが接合される１枚の色
    消しレンズとを含むことを特徴とする請求項１に記載の
    広画角液晶プロジェクションレンズシステム。
  15. 【請求項１５】 前記液晶プロジェクションレンズシス
    テムの各フィ−ルド別の主光線は映像構成素子から略垂
    直に出射される角度の範囲θc が８７°≦｜θc ｜≦９
    ３°になることを特徴とする請求項１に記載の広画角液
    晶プロジェクションレンズシステム。
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