JPH0350592A - 投写型画像ディスプレイ装置及びそのレンズ - 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、映像源に表示された画像を投写レンズにより
拡大してスクリーン上に表示する投写型画像ディスプレ
イ装置、及びその投写レンズに関する。

〔従来の技術〕

投写型ブラウン管などの小型映像源に表示された映像を
投写レンズにより拡大し、スクリーンに投写する投写型
テレビジョンは、近年、画質の向上が著しく、大画面に
よる迫力ある臨場感を楽しむことができるため、家庭用
、業務用に普及が進んでいる。

投写型テレビジョンにおいて、投写型ブラウン管を映像
源として用いる場合、スクリーン上の画面の輝度を十分
に明るくするため、従来より、たとえば特開昭６１−９
５６８９号公報に記載のように、赤、緑、青の３Ｍ色に
ついてそれぞれブラウン管と投写レンズを組み合わせ、
スクリーン上で３Ｍ色の画像を合成する構成とすること
が一般に行われている。

上記の従来の投写型テレビジョンにおいては、赤、緑、
青の３原色ブラウン管に、それぞれ、赤。

緑、青の蛍光体が使用されるが、高輝度を得るために電
流密度が高くなることと、蛍光面の温度上昇に伴い蛍光
面の温度消光が問題になることなどの理由から、直視型
テレビジ１ンに使用されている蛍光体とは異なる蛍光体
が一般に使用されている。

たとえば、「画像工学ハンドブック」　（朝食書店発行
、初版１９８６年）第２６７頁以下において、直視型テ
レビジョン用の代表的な蛍光体として蛍光面Ｐ２２の赤
、緑、青、また、投写型テレビジョン用の代表的な蛍光
体として蛍光面Ｐ５６の赤、Ｐ５３の緑、Ｐ５５の青な
どが例示されている。なお、ここでＰを冠する番号は。

米国電子工業会（Ｅ　１ｅｃｔｒｏｎｉｃ　　Ｉ　ｎｄ
ｕｓｔｒｉｅｓ’Ａ　５ｓｏｃｉａｔｉｏｎ）における
蛍光面の登録番号であり。

上記「画像工学ハンドブック」において詳説されている
。

上記の従来の投写型テレビジョンにおいては、３原色の
蛍光体の発光色の色度座標は１例示したＰ５６の赤では
おおむねｘ＝ｏ−ｆ３４　　ｅ　Ｙ＝０．３４．Ｐ５３
の緑ではおおむねｘ＝ｏ、３７．ｙ＝０．５４．Ｐ５５
の青ではおおむねｘ＝０．１５゜ｙ＝ｏ、ｏ７となって
いる。ここで色度座標とは。

国際照明委員会（Ｃｏ＋ｍｍ１ｓｓｉｏｎ　　Ｉ　ｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅｄａ　　１　’　Ｅ　ｃｌａｉ
ｒａｇｅ）判定のＣＩＥ１９３１標準表色系における色
度座標を指す、これに対し、直視型カラーテレビジョン
においては、例示したＰ２２の赤、緑、青の蛍光体の発
光色の色度座標は。

おむねｘ　”　Ｏ−２８ｙ　ｙ　＝Ｏ−６１を青がおお
むねｘ＝０．１５．ｙ＝０．０６となっている。

上記の例のように、投写型カラーテレビジ五ン用の蛍光
体のうち、赤と青については、直視型テレビジョン用の
蛍光体とほぼ同じ色で発光するのに対し、緑については
、直視型テレビジョンの緑より赤味を帯びた色で発光す
る性質を一般に有している。

この性質を、緑の発光スペクトルによりさらに説明する
。

第１７図は、投写型テレビジョン用の緑の蛍光体の発光
スペクトルの例を示す、第１７図に示すように、緑のス
ペクトルにおいては、５４５　ｎｍ付近の主波長成分の
ほかに、波長約４９０ｎｍの青のスプリアス（第１スプ
リアス）、波長５９０ｎｍ付近及び６２５ｎｍ付近の赤
のスプリアス（それぞれ第２スプリアス、第３スプリア
ス）が存在する。このうち青のスプリアスは緑の色に対
する影響があまり大きくないが、赤のスプリアスの影響
で緑はかなり赤味を帯びた色となる。

このとき緑の色度座標は、前記のように、おおむねｘ＝
０．３７．ｙ＝０．５４程度であり、ＮＴＳＣ方式カラ
ーテレビジョンの受像３原色の緑の色度座標がｘ＝０．
２１．ｙ＝０．７１であることに比較して、また、直視
型カラーテレビジョンの前記のＰ２２の蛍光面の緑の色
度座標がおおむねｘ＝０．２８．ｙ＝０．６１であるの
に比較しても、赤の色度座標の方向に近くなっている。

不要成分を除いて緑の色再現性を向上させた例が実開昭
６３−１１８０１７号公報に示されているが、この公知
例では、色むらやコントラスト特性の劣化については配
慮されてない。

〔発明が解決しようとする課題〕

カラーテレビジョンにおいては、色度座標図上において
、赤、緑、青の色度座標の点を結んで得られる三角形状
の領域の内部が１表現可能な色の範囲となる。投写型テ
レビジョンでは、上記のような緑を使用しているため、
色の表現範囲が直視型テレビジョンに比較してかなり狭
くなるというさらに、投写型テレビジョンにおいては、
緑の投写型ブラウン管のフォーカス性能及び明るさがテ
レビジョンのフォーカス性能、明るさに対して最も支配
的であるが、前記のように緑の蛍光体の発光スペクトル
には青と赤のスプリアスが存在するので、スクリーン面
上で色収差のない高精細な画像を得るためには、投写レ
ンズに色収差補正レンズを用いてフォーカス特性の向上
を図る必要があり、このためレンズの構成が複雑化し、
コスト高や、テレビジョン装置の大型化を招くという問
題点があった。

本発明の目的は、上記の従来の問題点を解決し、色の表
現範囲が広く、かつフォーカス特性の良好な投写型画像
ディスプレイ装置、及びこれを実現するための投写レン
ズを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため１本発明の投写型画像ディス
プレイ装置においては、投写型レンズを構成するレンズ
素子のレンズ面のうち、映像源に対してほぼ凸形の面形
状を有する面に、透過率が光の波長により異なる多層膜
干渉フィルタを設けた構成とし、多層膜干渉フィルタ面
上の一点ごとへの入射光線群の光線ごとの入射角θにつ
いて、レンズ軸からの半径ｒごとの加重平均値θ′（ｒ
）をｒの関数として求め、式 が、基準となるある光の波長λに対して、多層膜干渉フ
ィルタを構成する薄膜の各層ごとに、レンズ軸からの半
径ｒによらずほぼ一定値Ｃｉとなるように、薄膜各層の
屈折率ｎｉに対して、レンズ軸からの半径ｒごとに膜厚
ｄｉ（ｒ）を定めるものとする。だだし、ここでｉ＝１
．２．・・・、にであり、には多層膜の暦数である。

〔作用〕

上記の構成の投写型画像ディスプレイ装置においては、
多層膜干渉フィルタの光の透過率が、緑色光に対しては
大きく、赤色光に対しては小さくなるように、薄膜各層
の屈折率および膜厚が定め鴬、この多層膜干渉フィルタ
が緑の投写型ブラウン管用の投写レンズに適用されるこ
とにより。

緑の蛍光体の発光スペクトル中の赤のスプリアスはレン
ズ内の多層膜干渉フィルタにおいて反射され、スクリー
ンに到達しない、このためスクリーン上では緑色の色度
座標は、直視型テレビジョンの緑色、ないしはＮＴＳＣ
方式カラーテレビジョンの受像３原色の緑色の色度座標
に近づくので、赤、緑、青の３ｙＸ色による色の表現範
囲が直視型テレビジョンと同程度まで拡大する。また、
投写レンズにおいて色収差補正を行わなくともフォーカ
ス特性が向上する。

一方、一般に多層膜干渉フィルタにおいては、後述の実
施例において詳しく述べるように、光の入射角の違いに
よって、波長λに対する分光透過率がずれるため、レン
ズ面上に一様に多層膜干渉フィルタを設けたときは、ス
クリーン上において原色の緑の色度座標のずれを生じ１
色むらの原因となる。

前記の構成の投写型画像ディスプレイ装置においては、
多層膜干渉フィルタの薄膜各層の膜厚ｄｉ（ｒ）は、レ
ンズ軸からの半径ｒごとの、入射角の加重平均値θ′（
ｒ）に対して定められるので、入射角の差に起因する分
光透過率のずれが小さくなり、緑の色度座標はほぼ一定
となる。

さらに、前記の多層膜干渉フィルタが、投写レンズを構
成するレンズ素子の各レンズ面のうち。

映像源に対して凸形の面形状を有するレンズ面に設けら
れた場合、多層膜干渉フィルタにおいて反射された光の
ほとんどが投写型ブラウン管のフェイスパネル面に向っ
て戻ることがないので、不要反射光の発生が極めて少な
くなり、画像のコントラストの劣化が防止される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第１８図により説明
する。

第１図は本発明による投写型画像ディスプレイ装置用レ
ンズの要部断面図であり、１は第２レンズ２は第２レン
ズ、３は第３レンズ、４は第４レンズであり、このうち
第３レンズ３は凸レンズであり、最大の屈折力を有して
いる。５は内鏡筒であり、第２レンズ２．第３レンズ３
．第４レンズ４が内部に保持固定される。５１は内鏡筒
５に取付けられた案内ねじであり、外鏡筒６に、光軸に
平行な方向に、または光軸を中心とする螺旋方向に設け
られたスリットに通された上で内鏡筒５にねじ込まれて
いる。内鏡筒５は、レンズの最良のフォーカスが得られ
る位置において、案内ねじ５１を締めることにより、外
鏡筒６に対して固定される。７は投写型ブラウン管に対
して第２レンズ２と外鏡筒６を保持固定するブラケット
８は投写型ブラウン管の蛍光面、９は投写型ブラウン管
のフェイスパネル、１０は透明液体冷媒でブラケット７
内に封止されている。１１は多層膜干渉フィルタであり
、第３レンズ３のブラウン管側の、ブラウン管に対して
凸形の面形状を有するレンズ入射面に設けられ、緑色光
に対しては大きい透過率を有し、赤色光に対しては小さ
い透過率を有している。

また、第１図のレンズは緑のブラウン管用のレンズであ
り、赤、青用には第１図のレンズにおいて多層膜干渉フ
ィルタ１１を設けない構成のレンズが用いられる。

第１図において、多層膜干渉フィルタ１１以外は、われ
われの光の出願になる特願昭６３−８５０７０号に示し
たレンズ装置と共通であり、各レンズ素子の面形状は次
式で表される。

２ ＋ＡＦ−ｒ″＋ＡＧ−ｒ”＋ＡＨ−ｒ１′　−（２）こ
こに、ＲＤは曲率半径、ＣＣ，ＡＥ、ＡＦ。

ＡＧ、ＡＨは非球面係数、　Ｚ　（ｒ）はレンズ軸から
の半径ｒごとのレンズ面の高さである。

第２図はレンズ面の高さＺ（ｒ）を示す図であり、レン
ズ光軸上における面位置を基準として。

光軸方向にスクリーン側を正方向、ブラウン管側を負方
向にとっている。

第１表は、第１図のレンズの具体的数値例であり、各レ
ンズ素子、スクリーン透明液体冷媒１０及びフェイスパ
ネル９について１曲率半径ＲＤ、非球面係数ＣＣ，ＡＥ
、ＡＦ、ＡＧ、ＡＨ，有効半径２面間隔、屈折率の値を
示す。第１表において半径ｒ、及びレンズ面の高さＺ　
（ｒ）の寸法単位はｍｍである。

第１表においては、光軸近傍のレンズ領域を表す球面系
と、その外周部についての非球面系に値を分けて示しで
ある。球面系のうち、スクリーンは、曲率半径がｏｏ（
無限大）、すなわち平面であり、光学性能が保証される
有効半径が５８０．０ｍｍ、スクリーンから第４レンズ
４の面Ｓ１までの光軸上の距離（面間隔）が７７８．５
ｒｉｍ、その間の媒質（空気）の屈折率が１．０である
ことを示す、また、第４レンズ４の面Ｓ、の曲率半径は
。

−９２，８５７ｍｍ（曲率中心が蛍光面側）であり、レ
ンズ面Ｓ、とＳ７の光軸上の距ａｌｌ（面間隔）が９．
０ｍｍであり、その間の媒質の屈折率が１．４９３４５
であることが示されている。以下同様にして、最後はブ
ラウン管のフェイスパネル９の蛍光面Ｐｉの曲率半径が
３４１　、２８　ｍ　ｍ、有効半径が７２．４ｍｍ　、
フェイスパネル９の光軸上の厚さが１３．４ｍｍ、屈折
率が１．５３９９４であることが示されている。

非球面系については、第４レンズ４の面Ｓ。

Ｓ７、第２レンズ２の面５４ｔＳ３１第ルンズ１の面Ｓ
ｔｙ及び蛍光面Ｐ０について前記の非球面係数が示され
ている。第３レンズ３の面Ｓｓ、Ｓ、と第４レンズ４の
面Ｓ□は非球面係数が全て零であり、球面となっている
。

以下余白 第３図は、前記第３レンズ３の拡大断面図であり、入射
面Ｓ、上に前記の多層膜干渉フィルタ１１が設けられて
いる。第３図においては、多層膜干渉フィルタ１１は３
層の薄膜として膜厚を誇張して描いであるが、さらに具
体的な構成例については後述する。

第４図、第５図、第６図は、第１図のレンズにおいて、
蛍光面８の光軸上の物点、相対物高０．４の物点、相対
物高０．８の物点から発した光線が、それぞれ、各レン
ズ素子を通過してスクリーン（図示せず）の光軸上の像
点、相対像高０．４の像点、相対像高０．８の像点に至
るときの、レンズ内の光路を示す栗部断面図であり、第
１図と同一部分には同一の符号を付しである。

第４図ないし第６図において、蛍光面８上の物点から発
した光は、多様な入射角で第３レンズ３のレンズ面に設
けられた多層膜干渉フィルタ１１に入射し、緑色光のう
ち赤のスプリアス成分は反射されてスクリーンには到達
せず、その他の成分だけが多層膜干渉フィルタ１１を透
過して、スクリーンに到達する。

第１図のレンズにおいて、スクリーンに実際に到達する
光が第３レンズ３の入射面上の多層膜干渉フィルタ１１
に入射する入射角θの分布について、以下に述べる。

第７図は、第１図のレンズを、背面投写型画像ディスプ
レイ装置に用いたときの、装置要部の断面図であり、１
２は透過型スクリーン、１３は映像源たる緑の投写型ブ
ラウン管、１４は第３レンズ３ないし第４レンズ４を鏡
筒内に組み込んだ投写レンズであり、第３レンズ３の位
置を破線で示しである。１５は投写型ブラウン管１３と
投写レンズ１４を結合するブラケット、１６は緑の投写
光束、１７は投写光束１６を折り返すための反射鏡、１
８は筐体である。

第７図において、矢印Ａの方から、投写レンズ１４のう
ちの第３レンズ３の入射面を透視したときの、多層膜干
渉フィルタ１１に対する光線の入射角θの分布の例を第
８図ないし第１１図に示す。

第８図において、図のＢ方向、Ｃ方向は、それぞれ第７
図に示す矢印Ｂの方向、矢印Ｃの方向に対応している。

第９図ないし第１１図も第８図と同方向に描いである。

また、スクリーン１２上において点対称の位置となる２
点に対しては、入射角θの分布も点対称となるので、第
８図ないし第１１図ではスクリーン１２上の画面のうち
右半分の上半分にある像点のみを対象として入射角θの
分布を描いである。

さて、第４図において、蛍光面８の光軸上の物点Ｑ０　
からスクリーンの光軸上の像点に至る光線Ｒが多層膜干
渉フィルタ１１に入射する入射角θは、入射点Ｈの光軸
からの距離ｒが小さいほど小さく、ｒ＝ｏのときθ＝Ｏ
，ｒが最大のときθも最大となる。

第８図は、第４図のレンズの具体的構成が、たとえば第
１表の数値例のようであるとき、蛍光面８の軸上の物点
Ｑ、からスクリーンの軸上の像点に至る光線の、長石膜
干渉フィルタへの入射角θの分布を示す、第８図におい
て、領域Ｉは入射角θが０層以上１０”未満、領域■は
入射角θが１０層以上２０＠未満、領域■は入射角θが
２０１以上３０’未満、領域■は入射角θが３０層以上
４０＠未満である。

一方、第５図、第６図において、それぞれ蛍光面８の光
軸上の物点Ｑ□、Ｑ２からスクリーンの光軸上の像点に
至る光線Ｒが多層膜干渉フィルタ１１に入射する入射角
θは、第３レンズ３の入射面Ｓ、上のある１点において
最小となり、その点から離れるに従って大きくなる。し
かしながら。

各レンズ素子の口径による光の「蹴られ」のため、多層
膜干渉フィルタ１１の一部に光線の通過しない部分を生
じたり、あるいは光線が多層膜干渉フィルタ１１を通過
後に内鏡筒５の内壁に到達して吸収されたりするため、
スクリーンに至る光線は必ずしも多層膜干渉フィルタ１
１の全面を通過するわけではなく、第５図及び第６図に
示した上限光と下限光の間のみを通過する。したがって
、多層膜干渉フィルタ１１において、レンズ光軸から。

見て上限光より上側、下限光より下側の部分は無効領域
となる。

第９図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、第４図ないし第６図のレ
ンズの具体的構成が前記の第１表の数値例のようである
とき、スクリーンの画面中心から上方向にとった相対像
高が０．２，０．４　．０．６である像点に向って、各
像点に対応する蛍光面８上の物点から発した光線につい
て、多層膜干渉フィルタ１１に入射する入射角θの分布
をそれぞれ示す。

また、第１０図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、同様に、
スクリーンの画面中心から水平右方向にとった相対像高
が０．２，０．４，０．６，０．８である像点に向って
、各像点に対応する蛍光面８上の物点から発した光線に
ついて、多層膜干渉フィルタ１１に入射する入射角θの
分布をそれぞれ示す。

さらに、第１１図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、
同様に、スクリーンの画面中心から画面対角右上方向に
とった相対像高が０．２，０．４゜０．６，０．８．１
．０である像点に向って、各像点に対応する蛍光面８上
の物点から発した光線について、多層膜干渉フィルタ１
１に入射する入射角θの分布をそれぞれ示す。

第９図ないし第１１図における領域Ｉ、ｎ、ＩＩＩ。

■の区分は、第８図のそれと同じであり、また、領域■
は入射角θが４０°以上、さらに、上記各領域に該当し
ない領域は、前記の無効領域である。

同一のレンズ面の多層膜干渉フィルタに対し、光線の入
射角θが第８図ないし第１１図に示すような多様な分布
となるため、レンズ面上に−様な厚さを有する多層膜干
渉フィルタを設けると、光の入射角θの違いにより、波
長λに対する分光透過率がずれることから、スクリーン
上において原色の緑の色度座標のずれを生じ、この結果
色むらの原因となる。これについてさらに詳述する。

一般に多層膜干渉フィルタにおいては、各層を光が透過
するときの位相のずれδｉは。

２π δｉ＝　　　ｎ１ｄｉｃｏｓφｉ　　　　　　−（３）
λ となる、ただしここで、多層膜の暦数をｋとしてｉ＝１
．２．・・・、にであり、λは光の真空中における波長
、ψｉは各層内における光の伝搬方向が、層の境界面の
法線方向に対してなす角、　ｎｉ、　ｄｉはそれぞれ各
層の屈折率、膜厚である。このため、各層の膜厚が一定
のとき、光の入射角の違いによって、ｃｏｓψｉが変化
し、波長λに対する分光透過率がずれることになる。こ
の現象の実際例について以下に説明する。

第１２図、第１３＠は、それぞれ、公知のシアンフィル
タ、イエローフィルタの分光透過率曲線の例を示す、い
ずれのフィルタも、一般にガラス基板上に真空蒸着によ
り誘電体透明薄膜の多層膜を成膜して作製される。

第１２図、第１３図において、実線は入射角が０°のと
きの分光透過率であり、破線、−点鎖線。

二点鎖線２点線はそれぞれ、入射角が１５１３０°、４
５″′、６０”のときの分光透過率を示す。いずれのフ
ィルタにおいても、透過帯と反射帯の境界波長は、入射
角が大きくなるに従って短くなる。

上記の光の入射角の違いによる分光透過率のずれのため
、レンズ面上に−様な膜厚の多層膜干渉フィルタを設け
たときは、スクリーン上において原色の緑の色度座標の
ずれを生じ、色むらの原因となる。

このため、多層膜干渉フィルタ１１の各入射点に対して
５代表的入射角θ′を選び、この代表的入射角θ′に等
しい入射角θで入射する光線に対して、所定の波長成分
、たとえば第１７図に示す緑の蛍光体の発光スペクトル
のうちの５４５　ｎｍ付近の主波長成分が透過し、他の
スプリアス成分が反射するように、多層膜干渉フィルタ
１１を構成する薄膜各層の膜厚を定めるものとし、前記
の代表的入射角θ′の選び方を最適化することにより、
スクリーン上の色むらを最小におさえることが可能とな
る。このとき、各入射点において、代表的入射角θ′と
異なる入射角θで入射する光線に対しては、第１２図に
示したシアンフィルタ。

第１３図に示したイエローフィルタの分光透過率特性と
同様に、光の透過帯が、θ〈θ′のとき長波長側にずれ
、θ〉θ′のとき短波長側にずれる。

しかしながら、スクリーン上の１つの像点に対する蛍光
面８上の物点からの光線群は、多層膜干渉フィルタ１１
の各入射点ごとに異なる透過帯のフィルタを透過して相
異なるスペクトルの色の光線群となり、スクリーン上の
１つの像点に結像することになるので、スクリーン上の
その像点においては異なるスペクトルの色の平均的な色
となる。

したがって、多層膜干渉フィルタ１１の各入射点におけ
る前記の代表的入射角θ′を適当に選ぶことにより、ス
クリーン全面にわたって色むらを最小におさえることが
できる。

第８図ないし第１１図に示すような、多層膜干渉フィル
タへの光線の入射角θの分布に対して、本実施例におい
ては、レンズ軸からの半径ｒごとに、光線ごとの入射角
θの加重平均値θ′（ｒ）をｒの関数として求め１式 が、基準となるある光の波長λに対して、多層膜干渉フ
ィルタを構成する薄膜の各層ごとに、レンズ軸からの半
径ｒによらずほぼ一定値Ｃｉとなるように、薄膜各層の
屈折率ｎｉに対して、レンズ軸からの半径ｒごとに膜厚
ｄｉ（ｒ）を定めるものとする。ただし、ここでｉ＝１
．２．・・・、にであり、ｋは多】膜の゛層数である。

このとき、多層膜干渉フィルタの分光透過率が所望の分
光透過率となるように各層の膜厚ｄｉ（ｒ）を定めるに
あたっては、たとえば「薄膜ハンドブック」（日本学術
振興会薄膜第１３１委員会編。

オーム社発行、昭和５８年刊）第８１７頁以下に記載さ
れているような公知の方法によればよい。

第２表は、第８図ないし第１１図の入射角θの分布に対
し、入射角θの加重平均値θ′（ｒ）を計算するための
加重係数の一例である。この加重係数は、第８図ないし
第１１図の入射角θの分布がスクリーン上の画面の右半
分の上半分のみを対象にしているため１画面全体の像点
に対して、各像点の近傍の画面面積に基いた入射角θの
加重平均値θ′（ｒ）が得られるような例として定めた
ものく、画面６色むらのさらなる低減などを目的として
、任意に定めることができる。また、すべての加重係数
を１として、θ′（ｒ）を入射角θの単純平均としても
よい。さらに、入射角θの加重平均としてではなく、ｓ
ｉｎθ、　ｓｉｎ”θ、　ｎ　ｉ”　−ｓｉｎ”θ。

数値に関して、平均値あるいは加重平均値を求め、これ
を用いて多層膜各層の膜厚を定めてもよい。

第 表 第１４図は、第２表の加重係数を用いて、レンズ軸から
の半径ｒごとに光の入射角θの加重平均値θ′　（ｒ）
を求めた結果を示す。

第３表は、このθ′（ｒ）の値に対して、前記の方法に
より、多層膜各層の材質と、レンズ軸からの半径ｒごと
の膜厚ｄｉ（ｒ）を定めた例を示す。

第３表において、層番号ｉは前記第３レンズの本体側か
ら付番しである。また、各材質の屈折率は、可視光に対
する概略値である。λは基準となる光の波長であり、第
３表ではλ＝６９０ｎｍとした。

第３表の例のように多層膜各層の膜厚ｄ　ｉ（ｒ　）を
定めることにより、多層膜干渉フィルタに対する光の入
射角の差に起因する分光透過率のずれが小さくなり、緑
の色度座標はおおむねＸ＝０．２４．ｙ＝０．６４程度
の、ＮＴＳＣ方式カラーテレビジョンの受像３原色の緑
の色度座標に近いほぼ一定の値となるので１色むらが少
なく、かつ色の表現範囲が直視型テレビジョンより広く
なる効果がある。

なお、第１４図において、入射角θの加重平均値θ′（
ｒ）はレンズ軸からの半径ｒに対して単調増加となって
いるが、レンズ設計、または前記の加重係数のとり方に
よっては、入射角θの加重平均値θ′（ｒ）に極大値ま
たは極小値を生じることがある。特に、第９図ないし第
１１図に示すように、蛍光面８における相対物高、ある
いはスクリーンにおける相対像高によっては、多層膜干
渉フィルタ１１への光線の入射角θの分布において、前
述のように無効領域を生じるが、この無効領域について
は、前記の入射角θの加重平均値θ′（ｒ）を求める際
に除外して考えればよいので、−収約には第１４図の加
重平均値θ′（ｒ）の曲線は、ｒの増加に伴なって、下
に凸の単調増加から。

変曲点を経て上に凸の単調増加となり、極大値を経て単
調減少となるケースが多い、このとき、多層膜干渉フィ
ルタの各層の膜厚ｄｉ（ｒ）も、上記の加重平均値θ′
（ｒ）と同様に、ある半径ｒにおいて極大となる。

以下余白 ここで本実施例におけるレンズのフォーカス性能につい
て説明する。

第１５図、第１６図は、第１図のレンズの具体的構成が
、たとえば第１表の数値例のようにであるときの、空間
周波数３００ＴＶ本に対するフォーカスＭＴＦ（振幅伝
達特性）について、スプリアスを遮断したときの変化を
計算した結果であり。

第１５図はサジタル方向のＭＴＦ、第１６図はメリディ
オナル方向のＭＴＦについて示している。

第１５図、第１６図において、２１は第１７図に示す緑
の蛍光体の発光スペクトルにおける第１ないし第３スプ
リアスを全て含めた設計値を示し。

２２は第３スプリアスを完全に遮断したときのＭＴＦを
示し、２３は第２スプリアス及び第３スプリアスを完全
に遮断したときのＭＴＦを示す。

さら奔こ２４は、第１〜第３スプリアスを完全に遮断し
た状態、すなわち色収差がない場合のＭＴＦを示してい
る。これらの図より明らかなように、多層膜干渉フィル
タによる色収差低減により、フォー　カス性能が大幅に
向上する効果がある。

次に、本実施例によるレンズを投写型画像ディスプレイ
装置に適用したときの１画像のコントラストについて説
明する。

第１８図は、第１図に示した本実施例によるレンズにお
いて、緑色光のうちの赤のスプリアス成分が多層膜干渉
フィルタ１１により反射されるときの光路を示す断面図
である。

また、第１９図は、第１図に示したレンズにおいて、多
層膜干渉フィルタ１１が凸レンズたる第３レンズ３の入
射面でなく出射面に設けられた場合の、緑色光のうちの
赤のスプリアス成分の多層膜干渉フィルタ１１による反
射光の光路を示す断面図である。

第１９図に示すように、多層膜干渉フィルタ１１を、投
写レンズを構成するレンズ素子の各レンズ面のうち、映
像源に対して凹形の面形状を有するレンズ面に設けた場
合、蛍光面からの映像光１９のうち、多層膜干渉フィル
タにおいて反射された光のほとんどが、投写型ブラウン
管のフェイ）（、ネル面に向・て戻り・光路中の各′：
／′面・フェイスパネル面、あるいは蛍光面において光
が再度反射し、不要反射光となり、これがスクリーンに
到達して、画像のコントラストを大幅に劣化させる。

これに対し、第１８図に示した本発明のレンズによれば
、多層膜干渉フィルタを、レンズ素子のレンズ面のうち
、映像源に対してほぼ凸形の面形状を有するレンズ面に
設けており、この場合は映像光１９のうち多層膜干渉フ
ィルタにおいて反射された光のほとんどが、レンズの開
口径から抜は出てレンズ鏡筒の内壁に入射する。したが
って、レンズ鏡筒の内壁に、ｌ！８消し黒色塗装などの
光吸収性表面処理を施すことにより、不要反射光の発生
がほとんどなく、スクリーン上の画像のコントラストの
劣化を防止できる効果がある。

以上説明した実施例においては、透過率が光の波長によ
り異なるフィルタとして多層膜干渉フィルタを用いる場
合について説明したが、この場合、前記の光の入射角の
加重平均値θ′（ｒ）に等シ゛入射角７人射する光線の
透過率が・波長２＝５４５ｎｍの光線に対して８０％以
上、波長λ＝５９０ｎｍの光線に対して４０％以下とな
るように多層膜各層の膜厚を定めたとき、前記のそれぞ
れの効果は著しいものとなる。

一方、透過率が光の波長により異なるフィルタとして、
ゼラチンフィルタや、染料による染色層などを用いても
よく、この場合は投写型画像ディスプレイ装置の色の表
現範囲の拡大量は多重膜干渉フィルタを用いる場合はど
大きくはないが、フォーカス性能の向上と画像のコント
ラストについては同等の効果がある。

また、多層膜干渉フィルタを、光の屈折力を有しない透
明な平行平板上に設け、これをレンズ内に組み込むこと
により本発明を実施する場合は、色の表現範囲の拡大、
フォーカス性能の向上について、上記実施例と同等の効
果が得られる。

〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、コン
トラストの低下を招くことなく色の表現範囲が直視型テ
レビジョン以上に拡大する。また。

投写レンズにおいて色収差補正を行わなくともフォーカ
ス特性が向上するので、簡単なレンズ構成により、コン
パクトで低価格の投写型画像ディスプレイ装置を供給で
きる効果がある。

さらに、多層膜干渉フィルタの薄膜各層の屈折率と膜厚
は、レンズ軸からの半径ｒごとの、入射角の加重平均値
に対して定められるので、入射角の差に起因する分光透
過率のずれが小さくなり。

緑の色度座標はほぼ一定となるので、画面の色むらを少
なくできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるレンズの要部断面図、
第２図はレンズ面の高さの説明図、第３図は第１図のレ
ンズのうちの第３レンズの拡大断面図、第４図〜第６図
は第１図のレンズ内の光路を示す要部断面図、第７図は
第１図のレンズを用いた背面投写型画像ディスプレイ装
置の要部断面図、第８図〜第１１図は第１図のレンズに
おける多層膜干渉フィルタへの光の入射角θの分布図。 第１２図、第１３図はそれぞれシアンフィルタ。 イエローフィルタの分光透過率の入射角依存性の説明図
、第１４図は多層膜干渉フィルタに対する光の入射角θ
の加重平均値θ′（ｒ）の計算結果を示す図、第１５図
、第１６図は第１図のレンズのフォーカスＭＴＦの計算
結果を示す図、第１７図は投写型テレビジョン用の緑の
蛍光体の発光スペクトルの例を示す図、第１８図は第１
図のレンズにおける多層膜干渉フィルタによる反射光の
光路を示す断面図、第１９図は多層膜干渉フィルタを凸
レンズ出射面に設けたときの多層膜干渉フィルタによる
反射光の光路を示す断面図である。 １・・・第ルンズ、 ２・・・第２レンズ。 ３・・・第３レンズ、 ４・・・第４レンズ、 １１・・・多層膜干渉フィルタ。 祐 ／ 国 第 夷 ） 唄 拓 呂 第 ど 圓 男７０ ／ 男 図 建 ？ 凶 第１θ口 レンス゛ＪＰｆｋオ向ｖ−（へｍｌ 布せ４＆ ＠灯＃＆高 晃／７暑 ５ＪＬ五Ｃｎ、気〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、映像源の表示画像をスクリーン上に拡大投写する投
   写型画像ディスプレイ装置に用いるレンズにおいて、前
   記レンズを構成するレンズ素子のうち少なくとも１枚の
   レンズ素子の映像源側に凸形状のレンズ面に、透過率が
   光の波長により異なるフィルタを設けたことを特徴とす
   る投写型画像ディスプレイ装置用レンズ。 ２、前記フィルタは多層膜干渉フィルタであることを特
   徴とする請求項１記載の投写型画像ディスプレイ装置用
   レンズ。 ３、前記多層膜干渉フィルタを設けるレンズ面は、前記
   レンズを構成するレンズ素子のうち最大の屈折力を有す
   るレンズ素子の、映像源側のレンズ面であることを特徴
   とする請求項１記載の投写型画像ディスプレイ装置用レ
   ンズ。 ４、前記多層膜干渉フィルタを設けるレンズ素子は、平
   行平板であることを特徴とする請求項２記載の投写型画
   像ディスプレイ装置用レンズ。 ５、映像源から表示画像をスクリーン上に投写する光学
   系において、レンズとレンズの一面に設けられた多層膜
   フィルタとからなり、前記多層膜干渉フィルタ面上の一
   点ごとへの入射光線群の入射角θの、レンズ軸からの半
   径ｒごとの加重平均値θ′（ｒ）に対して、式 ｛ｄｉ（ｒ）√［ｎｉ＾２−ｓｉｎ＾２θ′（ｒ）］｝
   ／λ（ただし、ｉ＝１、２、・・・、ｋ ｋは多層膜の層数 λは基準となる光の波長） が、前記多層膜干渉フィルタを構成する薄膜の各層ごと
   に、レンズ軸からの半径ｒによらずほぼ一定値となるよ
   うに、前記薄膜各層の屈折率ｎｉと膜厚ｄｉ（ｒ）を定
   めたことを特徴とする投写型画像ディスプレイ装置用光
   学系。 ６、前記多層膜干渉フィルタは、レンズ軸からの半径が
   ｒの点に、前記の入射角の加重平均値θ′（ｒ）に等し
   い入射角で入射する光線の透過率が、波長λ：５４５ｎ
   ｍの光線に対して８０％以上、波長λ：５９０ｎｍの光
   線に対して４０％以下となることを特徴とする請求項５
   記載の投写型画像ディスプレイ装置用光学系。 ７、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の投写型
   画像ディスプレイ装置用レンズを用いた投写型画像ディ
   スプレイ装置。