JPH01188815A - 投影レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電気信号により光の透過効率の変化として画像
を形成する表示素子上の画像を拡大投影する投写表示装
置に使用するに適した投影レンズに関するものである。

従来の技術 大画面の表示装置としては、ビデオブロジエクターがあ
り、この中では、高輝度のＣＲＴ上の画像を投影レンズ
によりスクリーン上に投影するタイプのものが多く実用
化されているが、近年、液晶表示素子上の画像を投影レ
ンズによってスクリーン上に拡大投影するタイプの研究
が盛んである。

発明が解決しようとする課題 液晶表示素子上の画像を投影する場合、ＣＲＴの画像の
投影と異なり次のような問題点がある。

（１）光源から来る光線に対して、液晶表示素子の透過
効率を大きくし、かつ映像信号に応じて液晶表示素子上
に形成される画像を高いコントラストでスクリーン上に
投影するには、液晶表示素子から、垂直に近い角度で射
出してくる光束を利用しなければならない。したがって
、投影レンズは、主光線が、投影レンズと液晶表示素子
間において液晶表示素子の法線に対して１５゜以内の角
度となることが望ましい。

（２）　　液晶表示素子は、マトリックス電極を用いる
ため、ＣＲＴと異なり、電気的に投影画像の図形歪を補
正することは困難である。このことから、投影レンズの
歪曲収差は±１％以内であることが望ましい。

上記のような課題は一般に、セットサイズのコンパクト
化を図るための投影レンズの高画角化を困難にするもの
であった。そして、上述の問題は液晶表示素子に限らず
電気光学結晶、ＰＬＺＴなどの複屈折性または旋光性を
利用し、電気信号により光のｉ３過効率の変化として画
像を形成する表示素子においても共通するものである。

本発明は上記課題に鑑み、歪曲収差が小さく、電気信号
により光の透過効率の変化として画像を形成する表示素
子上の画像を高いコントラストで投影するに適した投影
レンズを提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の投影レンズは、光源
から射出した光線を、電気信号により透過効率の変化と
して画像を形成する表示素子に照射、ｉ３遇させ、前記
表示素子上の画像をスクリーン上に拡大投影する投影レ
ンズであって、レトロフォーカスタイプの前群レンズと
、中心部に比べて周辺部の曲率の強い非球面を含むレン
ズによる後群レンズとを含んで構成したものである。

作用 本発明は上記した構成によって、前群をレトロフォーカ
スタイプとすることによって、周辺光量の低下を招くこ
となく、広画角化ができる。レトロフォーカスタイプで
Ｆナンバーを小さくしようとすると、歪曲収差、非点収
差１倍率の色収差などの軸外収差を発生しやすいが、表
示素子の直前に非球面を含む後群レンズを配置すること
により、軸外収差を良好に補正するとともに明るい投影
レンズとすることが可能となる。

実施例 以下に本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。第１図は本発明の第１実施例に係る投影レンズ
の概略構成図を示すものである。

第１図において、６はレトロフォーカスタイプの前群レ
ンズ、７は中心部に比べて周辺部の曲率の強い非球面を
含む後群レンズ、８は液晶表示素子である。前群レンズ
６は、スクリーン側より順に、正レンズの第１レンズ、
負メニスカスの第２レンズ、両凸の第３レンズ、両凹の
第４レンズ、スクリーン側に凹面を向けた正のメニスカ
スの第５レンズ、正レンズの第６レンズの６枚で構成さ
れている。

前群をレトロフォーカスとすることにより、周辺光量の
低下を招くことなく広画角化ができ、投写距離を短くし
セットサイズのコンパクト化が図れる。

−ｉに、レトロフォーカスタイプは、歪曲収差。

非点収差１倍率の色収差などの軸外収差を発生させやす
く、Ｆナンバーを小さくしようとすると、これらの軸外
収差を良好に補正することが困難である。そこで、本発
明では、後群レンズに、中心部に比べて周辺部の曲率の
強い非球面を含む後群レンズを表示素子の直前に配置し
ている。後群に中心部に比べて周辺部の曲率の強い非球
面を導入することにより、周辺の光線に対する実効的な
正のパワーを近軸的なパワーに比べて強（し、周辺の光
束を表示素子８の法線に平行に近い角度をなして透過す
るようにさせるのが容易となっている。

したがって、軸外収差、特に歪曲収差を良好に補正する
ことが可能となっている、 また、後群レンズの近軸的なパワーを負とすることによ
り、投影レンズ全系のペッツバール和を小さくし、像面
彎曲を良好に補正している。

なお、後群レンズをプラスチックレンズとすれば軽量化
が図れ、加工も成型などにより容易にできるメリットが
ある。

第１図に示すような構成の投影レンズも色収差の補正が
重要である。後群レンズ７が、表示素子８に近接して配
置されるので、後群レンズ７の倍率収差の発生は非常に
少ない、したがって、前群レンズ６で倍率色収差を良好
に補正する必要があり、次の条件を満たす必要がある。

＋１）　−２．０＜ｒ１ν、／ｆ、ｐ２＜−１，Ｑこの
条件は、色収差補正のために前群レンズの第１レンズ、
第２レンズの焦点距離、アツベ数を規定するものである
。この条件の上限を越えると、前群レンズの倍率色収差
を小さくできるものの、第１レンズ、第２レンズで発生
する軸上色収差が過剰となり、後続するレンズ群により
、この軸上色収差を補正することが困難となる。また、
この条件の下限を越えると、倍率色収差の補正が困難と
なる。

以下に本発明になる投影レンズの具体的な実施例を示す
。ただし、各実施例中ｒ’Ｉ、ｒ２・・・・・・はスク
リーンから順に見た各面の曲率半径、ｄｌ、ｄ２・・・
・・・は上記各面の面間隔、ｎ　Ｈ、ｎ　２・・・・・
・はそれぞれのレンズのｅ線における屈折率、ν１゜ν
２・・・・・・は、上記各レンズのｅ線に対するアツベ
数、＊ｌ、＊’ｌ・・・・・・で印された面は非球面で
ありＸをレンズの光軸からの開口の半径能ＮＹの位置に
おけるレンズ頂点からの変位量とすると＋へ〇　・　Ｙ
’＋ＡＥ−Ｙ”＋ＡＦ−Ｙ＠十八Ｇ　　−へ　Ｙｌｏで
示される。ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＣは非球面係数、Ｋは
円錐定数である。

ＦナンバーをＦ、画角を２ωで示す。

第１実施例 ｆ＝５４．３．　　　Ｆ−２，４，２ω＝７２゜ｒ　　
＝　　９３．３７２　　　　ｄ＋　＝　　６．５０！ ｎ　、　””１．７２７９３　　　　ｙ　、　＝　　３
８．０「＝３６８．５２４ｄ２＝０．３０ ｎ２＝１．０ ｒ　　＝６６−８２７　　　　ｄ　ｓ−３，００ｎ　　
＝１．５１８１５　　　１／２ｘ　　６４．１ｒ　　−
２２，２７４ｄ、　−３５，００ｎ５　＝１．０ ｒ　　＝４３．５４６　　　　ｄ　ｓ　；１２−００ｎ
　　”１．６９６４４　　　　ｊ’ａ　＝　　３６．１
ｒ　　＝４３．５４６　　　　ｄ　ａ−２，９２ｎ６＝
１．Ｏ ｒ　　＝３４．７８６　　　　ｄ　７−３−００ｎ　　
＝１．６９３８９　　　　Ｍ　、　＝　　５６．９ｒ　
　＝　　４７．６２５　　　　ｄ８−　５．７０ｎ８−
ｔ、。

「　雪−９５，３４７ｄ、　＝　　６．５０ｎ　　＝１
．６２５４２　　　　　シ５＝５６．９ｒ−３６，３４
７ｄ　ｅ　＝０　、３０り ｎゎ＝１．０ 「　冨　４６４．３２６　　　　　ｄ、、　＝　　７．
５０＋１ ｎ　　−１，６８０６６１’　ａ　＝　　５５．５Ｉ ｒ　　−６９，７８５ｄ　ａ　＝　５１．９０α ｎＩ！−１，０ ｒ　　＝　３３３．３３３　　　　　ｄ、３＝　　９．
８０　　　＊　１ｎ　ｏ　”　１−４９３７３　　　　
　シフ＝５７．２ｒ　　＝　　１６３．９３４　　　　
　ｄ１４＝　　４．５０　　　＊２μ ｎニー１．０ 、ｓｄ、＝１．８０ ｎ　６”＝　１−５０ ｒ、＝　　　“ ＊　Ｉ　　Ｋ−−６５０，０９５ ＾ロ＝−７．３２２７１　　ｘｌＯ”　Ａ［！＝　　７
．３２６３４　　ｘ１０４八Ｆ−−６，８３８６５ＸＩ
Ｏ”　ＡＧ−−２，２６３０８ＸＩＯ’＄　２　１）−
１）．３１２４ Ａｎ−−１，７４３２５Ｘ１０４　Ａ［！−−１．２４
４０８　　Ｘ１０４＾Ｆ−−１，８９０６３ｘｌＯ’八
Ｇ−へ　１．８７８３７　　ｘｌＯ４第２実施例 ｆ＝５４．３．　　　Ｆ＝２．４．　　２ω＝７２゜ｒ
　　−９０，５９８ｄ、　＝　　８．４４ｎ　、　＝１
．６９３８９　　　　ｙ　、　＝　　３０．９ｒ　　＝
４３７．１４４　　　　ｄ２　＝　　０．５０ｎ２＝ｔ
、。

ｒ　　Ｎ８１−６８２　　　　ｄ　ａ　＝３．５５ｎ　
　＝１．５１８１５　　　　！’２　＝　　６４．１ｒ
　　＝２３．４４０　　　　ｄ　４　＝　３４．００ｎ
５＝１．０ ｒ　　＝４６．８１６　　　　ｄ　ｓ　Ｒ１４，１０ｎ
　５”’１．６９６４４　　　　ｙ　３＝　　３６．１
ｒ　　−５０，３４０ｄａ　”　　３．５６ｎ、＝１．
０ ｒ　　＝　−３８，１２７ｄ　、　＝　　３．３７ｎ　
７＝　１．６９３８９　　　　シ、＝５６．９ｒ　　Ｒ
５２−９４４ｄ　ｅ　＝５．６７ｎ８＝ｔ、。

ｒ　　＝　−９３，１４８ｄ　、＝　　６．５０ｎ　　
＝１．６２５４２　　　　シ５＝５６．９ｒ　　＝３３
　、９５６　　　　　ｄ　ｔｒ−０，５０幻 ｎゎ　＝１．Ｏ ｒ　　−２１８，０４１ｄ、、　＝　　１０．３１ｎ、
、　＝１．６８０６６　　　　　ｌ’ａ　＝　　５５．
５ｒ　　＝　　８６．６９１　　　　　ｄａ　＝　４９
．５０α ｎｌ！＝１．０ ｒ　１）　＝　４７８．２０６　　　　ｄ　１）　＝　
　９．８４　　　”　Ｉｎ、、　＝１．４９３７３　　
　　　ｖ７＝　　５７．２ｒ　　”　　１６５−０９６
　　　　ｄ　ｕ　＝３．５０　　　”　２ｎ１４＝ｔ、
。

１−、＝　　００　　　　　　　ｄＩｓ＝　　１．ａ。

ｎ１ｓ＝１．５０ 「ｂ　−０ ＊　　１　　ｋ＝３．２６３９２ 八〇＝−９，３２１０８Ｎ１０４　　ＡＥ＝　　２．１
４３４４　　ｘｌＯ’ＡＦ＝−２，６６２３１ＸＩＯ’
　ＡＧ＝−８，１２４７６ｘｌＯ’＊　２　　Ｋ＝１）
．３１２４ 八〇＝−１，７４３２５Ｎ１０４　　ＡＥ＝−１，２４
４０８ｘｌＯ噌八Ｆへ４．８９０６３　　ｘｌＯＩ　　
ＡＧ＝　　１．８７８３？　　Ｎ１０４第２ ぞれ、第１実施例．第２実施例に基づ（球面収差。

非点収差，歪曲収差の特性図である．第２図（ａ）。

第３図（５）において実線はｅ線における収差、破線は
ｇ線における収差を示し、軸上色収差が良好に補正され
ていることがわかる．第２図（ｂ）、第３図（ｂｌにお
いて実線はサジタル方向の収差、破線はメリディオナル
方向の収差を示す．後群レンズの近軸的なパワーを負と
することにより、投影レンズ全系のベフツバール和を小
さくし、像面彎曲を良好に補正している。

後群レンズの非球面の効果により、歪曲収差が良好に補
正されており、第２図（Ｃ）、第３図［Ｃ１に示すよう
に、歪曲収差を−０．７％以内に抑えて、実用上無視で
きるまでに補正している。また、周辺の光線は、後群の
非球面レンズによって、前記表示素子に入射する角度を
垂直に近くしているので、前群のレンズの口径が大きく
ならずすみ、投影レンズもコンパクト化，コストの低減
ができる。

実施例では、表示素子として液晶表示素子を用いている
が、液晶表示素子に限らず電気光学結晶。

ＰＬＺＴなどの複屈折性または旋光性を利用し、電気信
号により光の透過効率の変化として画像を形成する表示
素子により置き換えることが可能である。

発明の効果 以上のように本発明は、光源から射出した光線を、電気
信号により透過効率の変化として画像を形成する表示素
子に照射，透過させ、前記表示素子上の画像をスクリー
ン上に拡大投影する投影レンズであって、レトロフォー
カスの前群レンズと中心部に比べ周辺部の曲率の強い非
球面を含むレンズによる後群レンズとで構成することに
より、電気信号により透過効率の変化として画像を形成
する表示素子の画像を高いコントラストで拡大投影する
に適し、半画角３６°の広画角の投影レンズを実現する
ものである°。これにより投影表示装置自体のセントサ
イズのコンパクト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る投影レンズの第１実施例の構成お
よび光路を示す構成図、第２図（ａｌ．　（ｂｌ。 （Ｃ）はそれぞれ実施例１における球面収差、非点収差
、歪曲収差の特性図、第３図（ａｌ、　（ｂｌ、　ｆｃ
ｌはそれぞれ第２実施例における球面収差、非点収差、
歪曲収差の特性図、第４図は本発明が用いられる投写表
示装置の原理を示す路線図である。 ｌ・・・・・・光源、２・・・・・・コンデンサレンズ
、３・・・・・・投影レンズ、４・・・・・・スクリー
ン、８・・・・・・液晶表示素子。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名区 Ｃつ 嫉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光源から射出した光線を、電気信号により透過効
   率の変化として画像を形成する表示素子に照射、透過さ
   せ、前記表示素子上の画像をスクリーン上に拡大投影す
   る投影レンズであって、レトロフォーカスタイプの前群
   レンズと、中心部に比べ周辺部の曲率の強い非球面を含
   むレンズによる後群レンズとを含んで構成することを特
   徴とする投影レンズ。（２）前群レンズにおいて、スク
   リーン側より順に、正の第１レンズ、負メニスカスの第
   ２レンズ、両凸の第３レンズ、両凹の第４レンズ、スク
   リーン側に凹面を向けた正のメニスカスの第５レンズ、
   正の第６レンズの６枚から構成され、次の条件を満足す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項の投影レ
   ンズ。 （１）−２．０＜ｆ＿１ν＿１／ｆ＿２ν＿２＜−１．
   ０ただし、ｆ＿１、ν＿１はそれぞれ第１レンズの焦点
   距離、アッベ数、ｆ＿２、ν＿２はそれぞれ第２レンズ
   の焦点距離、アッベ数を示す。 （３）後群レンズの近軸的なパワーが負であることを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項の投影レンズ。 （４）後群レンズは周辺におけるパワーが正であること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項の投影レンズ。 （５）後群レンズをプラスチックレンズとすることを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項の投影レンズ。