JPH02250015A - 投写レンズとその投写レンズを用いた投写型表示装置 - 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 本発明はライトバルブ上に形成される画像を照明光で照
射し、投写レンズによりスクリーン上に投写する投写型
表示装置に関するものである。

従来の技術 大画面の画像を得るために、光源からの光を映像信号に
応じた光学像を形成する小型のライトバルブに照射し、
その光学像をスクリーン上に投写拡大する方法が知られ
ている。この種の投写型表示装置は、投写画像の解像度
がライトバルブの解像度でほぼ決定され、光源の発光光
束を大きくすれば、光出力が大きくなるので、高解像度
のライトバルブを用いればその表示面積が小さくても高
解像度で光出力の大きい投写型表示装置を実現すること
ができる。また、最近では、ライトバルブに液晶を用い
る方式が注目されている（例えば、５ＩＤ８６ダイジエ
スト第３７５ページ）。

ライトバルブに液晶を用いた従来の投写型表示装置につ
いて説明する。

第６図は従来の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装
置の構成の一例を示すものである。

光源１から放射される光は集光光学装置２によって略平
行光に変換され、液晶ライトバルブ３を透過して、投写
レンズ４に挿入する。液晶ライトバルブ３は液晶セル６
と液晶セルの両側に偏向板７．８を直交ニコルあるいは
平行ニコルに配置して構成される。液晶ライトバルブ３
には透過率の変化として映像信号に応じた光学像が形成
され、その光学像は投写レンズ４によりスクリーン５上
に拡大投写される。

第７図は、第６図の光源から投写レンズ先端までの光学
系である投写器１０を用いてキャビネット１３内に組み
込んだ投写型表示装置の構成の一例を示すものである。

投写器１０から射出した光は第１の折り返しの平面鏡１
１、第２の折り返しの平面鏡１２を介して、透過型のス
クリーン５に拡大投写される。

発明が解決しようとする課題 第７図に示した構成では、投写型表示装置の奥行が、光
源から投写レンズ先端までの光学系である投写器ｌＯの
奥行方向の長さと、投写レンズの投写距離によって決定
される。したがって、投写型表示装置のコンパクト化を
図るには、投写器の奥行方向の長さを短縮し、投写レン
ズの投写距離を短縮する必要があるが、投写レンズの広
画角化、投写レンズの全長の短縮など多くの課題があっ
た。

本発明は上記課題に鑑みコンパクトな投写型表示装置と
、その投写型表示装置に適した投写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写レンズは、ライ
トバルブ上の光学像をスクリーン上に拡大投写する投写
レンズであって、前記スクリーン側に配置される前群レ
ンズと、前記ライトバルブ側に配置される後群レンズと
、前記前群レンズと前記後群レンズとの間に配置され光
軸を折り曲げる反射鏡とを備えたものである。

また、本発明の投写型表示装置は、光源と、映像信号に
応じた光学像が形成されるライトバルブと、前記光源か
らの放射光を前記ライトバルブに照射する集光光学装置
と、透過型のスクリーンと、折り返しの平面鏡と、前記
光学像を前記スクリーンに拡大投写する投写レンズとを
備え、前記投写レンズとして、前Ｊ己前群レンズと前記
後群レンズとの間に光軸を折り曲げる反射鏡を備えた投
写レンズで構成されたものである。

本発明の投写型表示装置は、光源と、映像信号に応じた
光学像が形成される３つのライトバルブと、前記光源か
らの放射光を前記ライトバルブに照射する集光光学装置
と、前記集光光学装置からの光を赤、緑、青の色光に分
解するダイクロイックミラーと、透過型のスクリーンと
、折り返しの平面鏡と、前記各ライトバルブ上の光学像
を前記スクリーンに拡大投写する３本の投写レンズとを
備え、前記投写レンズとして、前記前群レンズと前記後
群レンズとの間に光軸を折り曲げる反射鏡を備えた投写
レンズで構成されたものである。

作用 本発明は上記した構成によって、投写レンズの内部に光
軸を折り曲げる反射鏡を備えるために、投写レンズの光
軸とライトバルブ及び集光光学装置の光軸の方向を変化
させることが可能となり、投写器の奥行方向の長さを短
縮できる。その結果、投写型表示装置をコンパクト化す
ることができる。

実施例 以下本発明の一実施例の投写型表示装置について図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における投写型表示装置
の投写器の構成を示したもので、２０は光源、２１は凹
面鏡、２２はコンデンサレンズ、２３は集光光学装置、
２４は熱線吸収ガラス、２８は液晶ライトバルブ、２９
は投写レンズ、３０は反射鏡である。

液晶ライトバルブ２８は、液晶セル２６の両面に直交ニ
コルあるいは平行ニコルで構成される偏光板２５゜２７
を配置して構成される。

メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンラン
プ等の光源２０から放射される光は凹面鏡２１とコンデ
ンサレンズ２２により構成される集光光学装置２３によ
り略平行光に変換され、熱線吸収ガラス２４により赤外
線を吸収し、前面に熱が伝導しないようにしている。略
平行光に変換された光は、映像信号に対応する透過率の
変化として光学像を形成するアクティブマトリックス方
式の液晶ライトバルブ２８に入射する。液晶ライトバル
ブ２８上に形成された光学像は、光軸を折り曲げる作用
を有する反射鏡３０を内蔵した投写レンズ２９によりス
クリーン（図示せず）上に拡大投写される。

投写レンズ２９は、第２図に示すように、レトロフォー
カス型の前群レンズ３２と、後群レンズ３３と、反射鏡
３０とで構成され、焦点距離ｆ　＝５４．３ｍｍ、　Ｆ
数Ｆ２．４、半画角ω＝３６″、前群レンズと前群レン
ズの間隔５２＋＋ｍとなっている。

前群レンズ３２は、スクリーン側より順に、正レンズの
第ルンズ、負のメニスカスの第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レンズで構成されている。後群レンズ３
３は１枚の非球面レンズで構成され、液晶ライトバルブ
２８の近傍に配置されている。

前群レンズ３２がレトロフォーカス型であるために、周
辺光量の低下を招くことなく、広画角化できる。後群レ
ンズ３３は、一枚であるが、液晶ライトバルブ２８の近
傍に配置した非球面を用いることにより、歪曲収差、非
点収差２倍率の色収差などの軸外収差が良好に補正され
る。また、前群レンズ３２がレトロフォーカス型である
ためにそのバックフォーカスを長くできることと、後群
レンズ３３が液晶ライトバルブ２８に近接したレンズで
あることにより、前群レンズ３２と後群レンズ３３の間
に光軸を折り曲げる反射鏡３０を配置する空間を確保で
きる。さらに、後群レンズ３３は、第２図に示すように
、前群レンズ３２に接触せず有効光束を遮光しない範囲
でレンズの一部を切除すれば反射鏡３０を配置する空間
の確保が容易となる。

反射鏡３０は、後群レンズ３３の光軸と前群レンズ３２
の光軸のなす角である光軸折り曲げ角は９０度とするこ
とが最も望ましい。光軸折り曲げ角が鋭角の場合には、
後群レンズ３３が前群レンズ３２に接触する部分が大き
く、切除部分が大きくなるために、レンズの面形状を損
なうことや後群レンズ３３の有効領域を確保できなくな
ることになる。また、液晶ライトバルブ２８が前群レン
ズ３２に接触し、光学系が構成できなくなる。光軸折り
曲げ角が鈍角の場合には、反射鏡３０が大きくなるため
に、前群レンズ３２のバックフォーカスをより長くする
必要があり、投写レンズの性能を良好にすることが困難
となる。

投写レンズの後群レンズ３３と反射鏡３０とは、相対的
位置が固定され、前群レンズ３２は光軸に沿って位置を
調整できるようにしている。これにより、前群レンズの
位置調整だけで、拡大倍率の調整やピントの調整が容易
に行える。

第３図は、第１図の投写器をキャビネット３６内に組み
込んだ投写型表示装置の構成を示すものである。投写レ
ンズから射出する光を第１の折り返しの反面鏡３４と第
２の折り返し反面鏡３５により２回の反射で透過型のス
クリーン３１上に投写している。投写レンズから射出す
る光線が、第１の折り返しの反面鏡３４により反射され
て第２の折り返し反面鏡３５に到達する際に、投写レン
ズのスクリーン側に最も近いレンズや集光光学装置２３
によって遮光されないように、投写レンズからの射出光
が上向きになるように構成している。

上記のように構成で、２．８インチの液晶ライトバルブ
で形成される画像を４０インチに拡大投写する場合、外
形寸法が幅８８６ｎｍ、高さ８６１ｍｍ、奥行４００閣
と、非常にコンパクトな投写型表示装置を実現できた。

なお、投写型表示装置のコンパクト化を図るために、集
光光学装置２３と液晶ライトバルブ２８の間で光軸を折
り曲げる方法も考えられるが、これでは投写器の奥行方
向の長さがそれほど短縮しないので、投写型表示装置の
コンパクト化は図れない。

本発明では、投写レンズ２９の内部で光軸を折り曲げる
反射鏡３０を備えた構成にすることにより、コンパクト
な投写器を構成することができる。さらに、投写器をキ
ャビネットに組み込んだ投写型表示装置を構成する際に
、投写レンズの内部に光軸を折り曲げる反射鏡を備えて
いること、投写レンズの画角が大きいこと、投写レンズ
からの出力光を上向きに射出させていること、液晶ライ
トバルブが小型であることにより、投写型表示装置をコ
ンパクトにできる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第４図、第５図は本発明の第２の実施例における投写型
表示装置の投写器の構成図を示すもので、第４図は正面
図、第５図は側面図を示すものである。第４図、第５図
において、４０は光源、４１は凹面鏡、４２はコンデン
サレンズ、４３は集光光学装置、４４は熱線吸収ガラス
、５２（Ｂ）、　５２（Ｇ）、　５２（Ｒ）は液晶ライ
トバルブ、５３（Ｂ）、　５３（Ｇ）、　５３（Ｒ）は
投写レンズ、５４は反射鏡、５０は液晶セル、４９．５
１は偏光板であり、以上は第１図の構成と同様なもので
ある。第１図の構成と異なるのは　光線４０からの白色
光を青、緑、赤の色光に分離する青反射のダイクロイッ
クミラー４５、緑反射のダイクロイックミラー４６、赤
反射のダイクロイックミラー４７から構成される色分解
光学装置４８を集光光学装置４３と液晶ライトバルブ５
２（Ｂ）、　５２（Ｇ）、　５２（Ｒ）の間に設けた点
と、青、緑、赤の各色光に対応する３つの液晶ライトバ
ルブ５２（Ｂ）、　５２（Ｇ）、　５２（１？）を同一
平面上に配置している点と、３本の投写レンズ５３（Ｂ
）。

５３（Ｇ）、　５３（Ｒ）の前群レンズの光軸を互いに
平行に配置している点と、３本の投写レンズ５３　（Ｂ
）　、　５３（Ｇ）、　５３（Ｒ）の前群レンズと後群
レンズの間に配置され光軸を折り曲げる反射鏡５４を１
枚で構成している点である。

赤、緑、青の放射成分を持つ光軸４０から放射される光
は集光光学装置４３によって略平行光に変換され、熱線
吸収ガラス４４により、赤外線を吸収し、前面に熱が伝
導しないようにしている。略平行光に変換された白色光
は色分解光学装置４８に入射する。白色光は、まず、青
反射のダイクロイックミラー４５に入射し、青成分は反
射され、赤、緑成分は透過する。次に、透過光は、緑反
射のダイクロインクミラー４６に入射し、緑成分のみを
反射し、赤成分を透過させる。最後に赤成分を赤反射の
ダイクロイックミラー４７によって反射させ、不要な色
成分を透過させる。各色光は、青、緑、赤と順次分解さ
れ、分解された各色光は、同一平面上に配置した３つの
液晶ライトバルブ５２（Ｂ）、　５２（Ｇ）。

５２　（Ｒ）に入射する。液晶ライトバルブ５２（Ｂ）
、　５２（Ｇ）、　５２（Ｉｔ）は、映像信号に応じて
、光の透過率を変化として光学像を形成する。各色光に
対応する液晶ライトバルブ５２（Ｂ）、　５２（Ｇ）、
　５２（Ｒ）で形成した光学像は、光軸を折り曲げる反
射鏡５４を内蔵した投写レンズ５３（Ｂ）、　５３（Ｇ
）、　５３（Ｒ）によってスクリーン（図示せず）上に
拡大投写され、青、緑。

赤の画像をスクリーン上で合成する。スクリーン上で３
つの液晶ライトバルブ５２（Ｂ）、　５２（Ｇ）、　５
２（Ｒ）の画像を合成するために、３つの液晶ライトバ
ルブ５２（Ｂ）、　５２（Ｇ）、　５２（Ｒ）の中央部
以外の２枚の液晶ライトバルブ５２（Ｂ）、　５２（Ｒ
）を投写レンズ５３（Ｂ）。

５３　（Ｒ）の光軸に対して平面上の位置ずらしをして
、青、緑、赤の投写画像をスクリーン上で重ね合せてい
る。

３つの液晶ライトバルブ５２（Ｂ）、　５２（Ｇ）、　
５２（Ｒ）を用い、そこに形成される光学像を拡大投写
する３本の投写レンズ５３（Ｂ）、　５３（Ｇ）、　５
３（Ｒ）でスクリーン上に拡大し、スクリーン上で各色
光の投写画像を合成するため、解像力の高いフルカラー
の画像表示ができる。

同一平面上に３つの液晶ライトバルブ５２（Ｂ）。

５２＜Ｇ）、　５２（Ｒ）を配置しているために、コン
バーゼンス調整が液晶ライトバルブの平面上の機械的調
整で容易に行える。３本の投写レンズ５３（Ｂ）、　５
３（Ｇ）、　５３（Ｒ）の前群レンズの光軸が互いに平
行であるために、各投写画像には台形ひずみを生じない
。

３本の投写レンズ５３（Ｂ）、　５３（Ｇ）、　５３（
Ｒ）に内蔵する反射鏡５４を１枚で構成しているために
、反射鏡５４の機械的強度が高くなること、投写レンズ
５３（Ｂ）、　５３（Ｇ）、　５３（Ｒ）　（７）光軸
ト反Ｉｆｍ５４ｃｖ法線トノなす角が３色とも同一とな
る。

本発明では、投写レンズの内部に光軸を折り曲げる反射
鏡を備え、３本の投写レンズを水平方向に配置し、白色
光を青、赤、緑の色光に分解するダイクロイックミラー
を順次分解方式で構成しているために、投写器のコンパ
クト化が可能となる。

さらに、その投写器を用いてキャビネットに組み込んだ
投写型表示装置は、第１の実施例と同様に非常にコンパ
クトになる。

なお、第１の実施例において、液晶ライトバルブ２８に
、赤、青、緑のカラーフィルタを形成して、フルカラー
表示の投写型表示装置を構成してもよい。また、第１．
第２の実施例において、ライトバルブに液晶を用いた方
式としているが、液晶に限定せず、電気光学効果を持つ
ＰＬＺＴや電気光学結晶などを用いた方式のライトパル
プでもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、投写レンズの内部に光軸
を折り曲げる反射鏡を備えるために、投写器の奥行方向
の長さを短縮でき、その結果、コンパクトな投写型表示
装置を実現することができ、非常に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における投写型表示装置
の投写器の構成図、第２図は第１図に示した投写レンズ
の概略構成図、第３図は第１図に示した投写器を用いた
投写型表示装置の構成図、第４図は本発明の第２の実施
例における投写型表示装置の投写器の正面図、第５図は
側面図、第６図は従来の投写型表示装置の投写器の構成
図、第７図は第６図の投写器を用いた投写型表示装置の
構成図である。 ２０、４０・・・・・・光源、２１．４１・・・・・・
凹面鏡、２２．４２・・・・・・コンデンサレンズ、２
３．４３・・・・・・集光光学装置、２４、４４・・・
・・・熱線吸収ガラス、２８．５２（Ｂ）、　５２（Ｇ
）。 ５２（Ｒ）・・・・・・液晶ライトバルブ、２６．５０
・・・・・・液晶セル、２５．２７．４９．５１・・・
・・・偏光板、２９．５３（Ｂ）、　５３（Ｇ）、　５
３（Ｒ）・・・・・・投写レンズ、３０．５４・・・・
・・反射鏡、３１・・・・・・スクリーン、３２・・・
・・・前群レンズ、３３・・・・・・後群レンズ、３４
．３５・・・・・・折り返しの平面鏡、３６・・・・・
・キャビネット、４５．４６．４７・旧・・ダイクロイ
ックミラー、４８・・・・・・色分解光学装置。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はが工名；ｒ 図 第５図 第 図

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）ライトバルブ上の光学像をスクリーン上に拡大投
   写する投写レンズであって、前記スクリーン側に配置さ
   れる前群レンズと、前記ライトバルブ側に配置される後
   群レンズと、前記前群レンズと前記後群レンズとの間に
   配置され光軸を折り曲げる反射鏡とを備えた投写レンズ
   。
2. （２）前群レンズは、レトロフォーカス型である請求項
   （１）記載の投写レンズ。
3. （３）後群レンズは、前群レンズに近接する部分が切除
   されている請求項（１）記載の投写レンズ。
4. （４）後群レンズは、一枚の非球面レンズで構成される
   請求項（１）記載の投写レンズ。
5. （５）後群レンズと反射鏡とは相対的位置が固定され、
   前群レンズは光軸に沿って前記後群レンズに対する位置
   を調整できるようにした請求項（１）記載の投写レンズ
   。
6. （６）前群レンズの光軸と後群レンズの光軸とのなす角
   は９０度である請求項（１）記載の投写レンズ。
7. （７）光源と、映像信号に応じた光学像が形成されるラ
   イトバルブと、前記光源からの放射光を前記ライトバル
   ブに照射する集光光学装置と、透過型のスクリーンと、
   折り返しの平面鏡と、前記光学像を前記スクリーンに拡
   大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
   。
8. （８）光源と、映像信号に応じた光学像が形成される３
   つのライトバルブと、前記光源からの放射光を前記ライ
   トバルブに照射する集光光学装置と、前記集光光学装置
   からの光を赤、緑、青の色光に分解するダイクロイック
   ミラーと、透過型のスクリーンと、折り返しの平面鏡と
   、前記各ライトバルブ上の光学像を前記スクリーンに拡
   大投写する３本の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。
9. （９）３本の投写レンズ内に配置された反射鏡は、１枚
   で構成された請求項（８）記載の投写型表示装置。
10. （１０）３つのライトバルブの各光学像形成面は、同一
    平面上にある請求項（８）記載の投写型表示装置。
11. （１１）３本の投写レンズの各前群レンズの光軸は互い
    に平行である請求項（９）記載の投写型表示装置。