JPH10293250A - 投写用レンズ装置及びそれを用いた投写型画像ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】投写用レンズ装置において、良好な解像度を有
してかつ短焦点とした場合であっても、反射鏡を経由せ
ず直接スクリーンに入射してスクリーン上の画像のコン
トラストを局部的に低下させる不要光が、ほとんど放射
されないようにする。 【解決手段】映像発生源に最も近く配設されるレンズ素
子の出射面と、映像発生源の映像表示面との面間距離Ｄ
と、このレンズ素子の出射面の曲率半径ＲＤのバランス
をとり、ｎ・Ｄ≧0.48ｆ０、｜ＲＤ｜≧0.61ｆ０かつ｜
ＲＤ｜／ｎ≦0.44ｆ０となるようにする。ただし、ｎは
凹レンズの出射面と映像発生源の映像表示面との間の媒
質空間の平均的屈折率、 ｆ０は投写レンズ装置全系の
焦点距離である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像発生源の映像
表示面に表示された原画像を投写用レンズ装置により拡
大して、スクリーンに投写結像させるようにした背面投
写型テレビジョン等の投写型画像ディスプレイ装置、及
びその投写用レンズ装置に関し、特に、投写用レンズ装
置からスクリーンに直接放射される不要光を遮断する投
写用レンズ装置の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】投写型陰極線管などの小型映像源に表示
された映像を投写用レンズ装置により拡大し、透過型ス
クリーンに投写する背面投写型テレビジョンは、大画面
映像による迫力ある臨場感を楽しむことができるため、
近年、家庭用、業務用に普及が進んでいる。

【０００３】このような背面投写型テレビジョンの投写
用レンズ装置としては、たとえば本願出願人が先に出願
した特願平６−８４３５８号において開示されているよ
うな、投写距離をなるべく短くしてテレビジョンのセッ
トとしての奥行きを薄くできる短焦点の投写用レンズ装
置が使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の投写用レン
ズ装置は、単に良好な解像度の映像をスクリーン上に投
写できるだけでなく、テレビジョンセットの奥行きを、
たとえば画面サイズが対角４０インチ程度の場合に、１
枚の反射鏡により投写画像光の光路を折り返す光学系と
すれば、約６００mm以下に抑えることができる。

【０００５】しかし、図５に示すように、投写用レンズ
装置１７の内部から、凹レンズ出射面への戻り光の反射
による不要光や、レンズ素子の木端面における反射によ
る不要光などが様々な方向に放射されることがある。こ
れらの不要光は、図６に示すように、反射鏡１５を経由
せず直接スクリーン１４に入射するというものもあるた
め、映像によっては、スクリーン１４上の画面で画像の
コントラストが局部的に低下する場合がある。

【０００６】このため、投写用レンズ装置１７から不要
光が放射されないようにすることが課題となっていた。

【０００７】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的は、良好な解像度を有し、
かつ短焦点とした場合であっても不要光の放射の少ない
投写用レンズ装置と、それを用いた投写型画像ディスプ
レイ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の投写用レンズ装置においては、投写用レ
ンズ装置内部での不要反射による迷光が、スクリーンの
配設位置の方向に放射されないような新規の構造とす
る。

【０００９】その第１の特徴は、凹レンズ外周部反射を
防ぐレンズ構成にある。具体的には、映像発生源の映像
表示面に表示された原画像をスクリーンに拡大投影する
複数のレンズ素子を備えた投写用レンズ装置において、
前記複数のレンズ素子のうち前記映像発生源に最も近く
配設されるレンズ素子のスクリーン側レンズ面と前記映
像発生源の映像表示面との面間距離Ｄを、前記映像発生
源に最も近く配設されるレンズ素子のスクリーン側レン
ズ面と前記映像発生源の映像表示面との間の媒質空間の
平均屈折率をｎとしたとき、投写レンズ装置全系の焦点
距離ｆ０に対して、 ｎ・Ｄ≧0.48ｆ０ となるようにし、かつ前記映像発生源に最も近く配設さ
れるレンズ素子のスクリーン側レンズ面の曲率半径ＲＤ
の絶対値｜ＲＤ｜を、投写レンズ装置全系の焦点距離ｆ
０に対して、 0.61ｆ０≦｜ＲＤ｜≦0.44ｆ０・ｎ としたことを特徴とするものである。

【００１０】そしてこのような構成にすることにより、
投写用レンズ装置自体の解像度特性や周辺光量を損なう
ことなく、凹レンズから一旦出射した光線が凹レンズ外
周部で反射されて迷光となることが少なくなるようにす
ることができる。

【００１１】第２の特徴は、凹レンズ入射面から映像発
生源の映像表示面への戻り反射光を蛍光面周辺部に大き
い入射角で入射させる凹レンズ面形状にある。具体的に
は、前記投写用レンズの複数のレンズ素子のうち、前記
映像発生源に最も近く配設されるレンズ素子のスクリー
ン側レンズ面の曲率(1/ρ)の絶対値を、レンズ光軸上で
最大値をとり、レンズ光軸から離れた周辺部ほど小さく
したことを特徴とするものである。

【００１２】そしてこのような構成にすることにより、
投写用レンズ装置自体の解像度特性や周辺光量を損なう
ことなく、凹レンズ出射面から映像発生源の映像表示面
への戻り反射光を蛍光面周辺部に大きい入射角で入射さ
せ、その後の再反射で投写用レンズ装置の内部から外部
に反射光がほとんど放出されないようにすることができ
る。

【００１３】第３の特徴は、 レンズ木端面の反射防止
構造にある。具体的には、前記投写用レンズ素子のうち
少なくとも一つのレンズ素子（特に、映像発生源から最
も遠く配設されるレンズ素子）の木端部の面を、光散乱
性処理（歯車状凹凸溝を形成、または粗面化処理）、ま
たは光吸収性処理（光吸収層積層）、または光透過性処
理（反射防止膜の積層）が施された面とする。あるい
は、その 木端部の面をほぼ円錐状傾斜面とする。

【００１４】そしてこのような構成にすることにより、
レンズ素子の木端面を光散乱性、または光吸収性、また
は光透過性としたときは、特定方向への不要光の反射が
ほとんどなくなり、また、レンズ素子の木端面を円錐状
傾斜面としたときには、その木端面における反射光が、
投写用レンズ装置の鏡筒内面などに吸収され、不要光が
投写用レンズ装置の内部から外部に放出されることがほ
とんどなくなるようにすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００１６】図１は本発明の一実施例としての投写用レ
ンズ装置の主要部を示す断面図である。図１において、
１、２、３、４、５、６はそれぞれ第一、第二、第三、
第四、第五、第六のレンズ素子、７は液体冷媒、８は映
像発生源たる投写型陰極線管のフェイスパネル、Ｐ1は
投写型陰極線管の映像表示面としての蛍光面である。
９、１０はそれぞれ内鏡筒、外鏡筒であり、第一のレン
ズ素子１から第五のレンズ素子５までのレンズ素子が内
鏡筒９に組み込まれ、内鏡筒９は固定ねじ１２で外鏡筒
１０に固定されている。さらに、この外鏡筒１０は固定
板１３を介してブラケット１１へねじ（図示せず）止め
固定されている。そして、物体面である投写型陰極線管
の蛍光面Ｐ１上に表示された画像を、スクリーン１４上
に拡大投写する構成である。尚、上記液体冷媒７として
は、例えばエリレングリコールとグリセリンとの混合液
が使用される。

【００１７】表１は、図１の投写用レンズ装置の具体的
なレンズデータを示す表である。表１のレンズデータに
おいて、第六のレンズ素子の焦点距離、および投写用レ
ンズ装置全系の焦点距離は、蛍光面Ｐ1の形状、フェイ
スパネル８、液体冷媒７を含めて計算している。

【００１８】

【表１】

【００１９】ここで、このレンズデータの読み方を説明
する。

【００２０】図２は、レンズ形状の定義するための座標
軸を示す説明図である。図2に示すように、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軸にとる。このとき、半径方向の距離ｒ
に対して、レンズ面形状（レンズ面の高さ）Ｚ（ｒ）を
次式のように表現する。

【００２１】

【数１】

【００２２】数１において、 ＲＤは曲率半径、 ＣＣ
（円錐定数）、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧ、ＡＨは非球面係数で
ある。これら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。

【００２３】さて、表１では、上段に主に光軸近傍のレ
ンズ領域を表す球面系データを、下段にその外周部の特
徴を表す非球面系データ（非球面係数）を示してある。

【００２４】まず、スクリーンは曲率半径が無限大（即
ち平面）であり、スクリーンから第一のレンズ素子（第
１レンズと表記）１の面Ｓ1までの光軸上の距離（面間
隔）が１０４２．６ｍｍ、その間の媒質の屈折率が１．
０（空気）であることが示されている。またレンズ面Ｓ
1の曲率半径が、９１．４０３ｍｍ（曲率中心が、映像
発生源側）であり、レンズ面Ｓ１とＳ２の光軸上の距離
（面間隔）が８．８７４ｍｍで、その間の媒質の屈折率
が１．４９３３４であることが示されている。以下、同
様にして最後は、投写型陰極線管のフェイスパネル８の
螢光面Ｐ1の曲率半径が３５０ｍｍ、フェイスパネルの
光軸上の厚さが１１．４９ｍｍ、屈折率が１．５６２３
２であることが示されている。また、第一のレンズ素子
１の面Ｓ1、Ｓ2、第二のレンズ素子２の面Ｓ3、Ｓ4、第
四のレンズ素子４の面Ｓ7、Ｓ8、第五のレンズ５素子の
面Ｓ9、Ｓ10、第六のレンズ素子の面Ｓ11については非
球面係数が示してある。

【００２５】以上が表１に示したデータの読み方であ
る。

【００２６】さて、図１の投写用レンズ装置において、
第六のレンズ素子の凹レンズは、映像発生源たる投写型
陰極線管に最も近く配設されたレンズ素子であり、その
出射面Ｓ11と、投写型陰極線管の映像表示面たる蛍光面
との面間距離Ｄは、表１の設計例では、２８．９９５ｍ
ｍとなっている。また、その第六のレンズ素子の出射面
Ｓ11の曲率半径ＲＤは−５６．０ｍｍ、投写用レンズ装
置全系の焦点距離ｆ０は９０．４９ｍｍとなっている。
一方、第六のレンズ素子の出射面Ｓ11と蛍光面との間の
媒質空間の平均的屈折率ｎは、単純平均としては約１．
５０１であり、また、各媒質の面間距離に応じた加重平
均としては約１．５０９である。このとき以下の条件が
満足されている。

【００２７】ｎ・Ｄ≧0.48ｆ０ 及び 0.61ｆ０≦｜ＲＤ｜／ｎ≦0.44ｆ０・ｎ 図３は、図１に示した本発明の第一の実施例の投写用レ
ンズ装置における不要光の光路を示す概略断面図であ
る。

【００２８】図３に示すように、本実施例では、投写用
レンズ装置自体の解像度特性や周辺光量を損なうことな
く、凹レンズから一旦出射した光線が凹レンズ外周部で
反射されて迷光となることが少なくなるようになってい
る。

【００２９】一方、表１に示した例では、第六のレンズ
素子の出射面Ｓ11の形状の曲率(1/ρ)の絶対値は、光軸
上で極大で、レンズ光軸から離れた周辺部ほど小さくな
っている。このため、投写用レンズ装置自体の解像度特
性や周辺光量を損なうことなく、凹レンズ出射面から映
像発生源の映像表示面への戻り反射光を蛍光面周辺部に
大きい入射角で入射させ、その後の再反射で投写用レン
ズ装置の内部から外部に反射光がほとんど放出されるこ
とがない。さて、図1に示した実施例では、第一のレン
ズ素子１の木端部の面１０１は、光散乱性処理として、
粗面化処理が施されている。このとき、投写型陰極線管
側から不要光が第一のレンズ素子１の木端部の面１０１
に入射する迷光があった場合でも、そこで反射されて投
写用レンズ装置の外部へ放射され、スクリーンに直接入
射することがない。この光散乱性処理としては、粗面化
処理のほか、歯車状の凹凸溝を形成するような構成とし
ても同様の効果がある。また、この光散乱性処理の代わ
りに、木端部の面１０１に、たとえば黒色の染料または
顔料を含む塗料などによる光吸収層を積層するなどの方
法により、光吸収性処理をしてもよい。このときは、投
写型陰極線管側から不要光が第一のレンズ素子１の木端
部の面１０１に入射する迷光があった場合でも、その迷
光は光吸収層で吸収されて投写用レンズ装置の外部へ放
射されることがない。

【００３０】さらにまた、これらの光散乱性処理や光吸
収性処理に代え、第一のレンズ素子１の木端部の面１０
１に光透過性処理を施してもよい。代表的な光透過性処
理の方法としては、反射防止膜の成膜があげられる。こ
の場合、第一のレンズ素子１の木端部の面１０１に入射
する迷光があった場合でも、その迷光は木端部の面１０
１から出射し、第一のレンズ素子１を保持する内鏡筒９
の内面に吸収され、不要光が投写用レンズ装置の内部か
ら外部に放出されることがほとんどなくなる効果があ
る。

【００３１】次に、本発明の第二の実施の形態について
説明する。

【００３２】図４は、本発明の第二の実施例の主要部を
示す断面図であり、図1と同等の部分には同じ符号を付
し、説明を省略する。

【００３３】この第二の実施例と図１の第一の実施例と
異なる点は、第一のレンズ素子１の木端部の面１０１の
形状が円錐状傾斜面となっている点にある。このような
構成にすることにより、その木端面における反射光が、
内鏡筒９の内面に吸収されるようにできるので、不要光
が投写用レンズ装置の内部から外部に放出されてスクリ
ーンに直接入射することをほとんど防ぐことができる効
果がある。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
においては、映像発生源に最も近く配設されるレンズ素
子の出射面と、映像発生源の映像表示面との面間距離Ｄ
と、このレンズ素子の出射面の曲率半径ＲＤを、凹レン
ズの出射面と映像発生源の映像表示面との間の媒質空間
の平均的屈折率ｎ、投写レンズ装置全系の焦点距離ｆ０
に対して、ｎ・Ｄ≧0.48ｆ０、｜ＲＤ｜≧0.61ｆ０かつ
｜ＲＤ｜／ｎ≦0.44ｆ０となるようにしてバランスをと
ってあるので、投写用レンズ装置自体の解像度特性や周
辺光量を損なうことなく、凹レンズから一旦出射した光
線が凹レンズ外周部で反射されて迷光となることが少な
くなるようにすることができる効果がある。

【００３５】また、映像発生源に最も近く配設されるレ
ンズ素子の出射面形状の曲率(1/ρ)の絶対値を光軸上で
極大とし、レンズ光軸から離れた周辺部ほど小さくした
ので、投写用レンズ装置自体の解像度特性や周辺光量を
損なうことなく、凹レンズ出射面から映像発生源の映像
表示面への戻り反射光を蛍光面周辺部に大きい入射角で
入射させ、その後の再反射で投写用レンズ装置の内部か
ら外部に反射光がほとんど放出されないようにすること
ができる効果がある。

【００３６】さらに、少なくとも一つのレンズ素子（特
に、映像発生源から最も遠く配設されるレンズ素子）の
木端部の面を、光散乱性処理（歯車状凹凸溝を形成、ま
たは粗面化処理）、または光吸収性処理（光吸収層積
層）、または光透過性処理（反射防止膜の積層）が施さ
れた面としたので、特定方向への不要光の反射がほとん
どなくなり、あるいは、そのレンズ素子の木端部の面を
ほぼ円錐状傾斜面としたので、その木端面における反射
光が、投写用レンズ装置の鏡筒内面などに吸収され、不
要光が投写用レンズ装置の内部から外部に放出されるこ
とがほとんどなくなるようにすることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の投写用レンズ装置の主
要部を示す断面図。

【図２】レンズ形状の定義するための座標軸を示す説明
図。

【図３】本発明の第一の実施例の投写用レンズ装置にお
ける迷光の光路を示す概略断面図。

【図４】本発明の第二の実施例の投写用レンズ装置の主
要部を示す断面図。

【図５】従来の投写用レンズ装置の主要部を示す断面
図。

【図６】従来の投写用レンズ装置を使用した投写型画像
ディスプレイ装置の縦断面を示す断面図。

【符号の説明】

１…第一のレンズ素子、２…第二のレンズ素子、３…第
三のレンズ素子、４…第四のレンズ素子、５…第五のレ
ンズ素子、６…第六のレンズ素子、７…液体冷媒、８…
投写型陰極線管のフェイスパネル、９…内鏡筒、１０…
外鏡筒、１１…ブラケット、１２…固定ねじ、１３…固
定板、１４…スクリーン、Ｐ1…螢光面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 一成 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所映像情報メディア事業部内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】映像発生源の映像表示面に表示された原画
   像をスクリーンに拡大投影する複数のレンズ素子を備え
   た投写用レンズ装置において、 前記複数のレンズ素子のうち前記映像発生源に最も近く
   配設されるレンズ素子のスクリーン側レンズ面と前記映
   像発生源の映像表示面との面間距離Ｄを、前記映像発生
   源に最も近く配設されるレンズ素子のスクリーン側レン
   ズ面と前記映像発生源の映像表示面との間の媒質空間の
   平均屈折率をｎとしたとき、投写レンズ装置全系の焦点
   距離ｆ０に対して、 ｎ・Ｄ≧0.48ｆ０ となるようにし、かつ前記映像発生源に最も近く配設さ
   れるレンズ素子のスクリーン側レンズ面の曲率半径ＲＤ
   の絶対値｜ＲＤ｜を、投写レンズ装置全系の焦点距離ｆ
   ０に対して、 0.61ｆ０≦｜ＲＤ｜≦0.44ｆ０・ｎ としたことを特徴とする投写用レンズ装置。
2. 【請求項２】映像発生源の映像表示面に表示された原画
   像をスクリーンに拡大投影する複数のレンズ素子を備え
   た投写用レンズ装置において、 前記複数のレンズ素子のうち前記映像発生源に最も近く
   配設されるレンズ素子のスクリーン側レンズ面の曲率(1
   /ρ)の絶対値を、レンズ光軸上で最大値をとり，レンズ
   光軸から離れた周辺部ほど小さくしたことを特徴とする
   投写用レンズ装置。
3. 【請求項３】映像発生源の映像表示面に表示された原画
   像をスクリーンに拡大投影する複数のレンズ素子を備え
   た投写用レンズ装置において、 前記複数のレンズ素子のうち少なくとも一つのレンズ素
   子の木端部の面に、光散乱性処理を施したことを特徴と
   する投写用レンズ装置。
4. 【請求項４】前記木端部の面の光散乱性処理は、歯車状
   凹凸溝の形成であることを特徴とする請求項３に記載の
   投写用レンズ装置。
5. 【請求項５】前記木端部の面の光散乱性処理は、粗面化
   処理であることを特徴とする請求項３に記載の投写用レ
   ンズ装置。
6. 【請求項６】前記木端部の面に光散乱性処理が施される
   レンズ素子は、前記映像発生源から最も遠く配設される
   レンズ素子であることを特徴とする請求項３に記載の投
   写用レンズ装置。
7. 【請求項７】映像発生源の映像表示面に表示された原画
   像をスクリーンに拡大投影する複数のレンズ素子を備え
   た投写用レンズ装置において、 前記複数のレンズ素子のうち少なくとも一つのレンズ素
   子の木端部の面に、光吸収性処理を施したことを特徴と
   する投写用レンズ装置。
8. 【請求項８】前記木端部の面の光吸収性処理は、光吸収
   層の成膜であることを特徴とする請求項７に記載の投写
   用レンズ装置。
9. 【請求項９】前記木端部の面に光吸収性処理を施したレ
   ンズ素子は、前記映像発生源から最も遠く配設されるレ
   ンズ素子であることを特徴とする請求項７に投写用レン
   ズ装置。
10. 【請求項１０】映像発生源の映像表示面に表示された原
    画像をスクリーンに拡大投影する複数のレンズ素子を備
    えた投写用レンズ装置において、 前記複数のレンズ素子のうち少なくとも一つのレンズ素
    子の木端部の面に、光透過性処理を施したことを特徴と
    する投写用レンズ装置。
11. 【請求項１１】前記木端部の光透過性処理は、反射防止
    膜の成膜であることを特徴とする請求項１０に記載の投
    写用レンズ装置。
12. 【請求項１２】前記木端部の面に光透過性処理が施され
    るレンズ素子は、前記映像発生源から最も遠く配設され
    るレンズ素子であることを特徴とする請求項１０に記載
    の投写用レンズ装置。
13. 【請求項１３】映像発生源の映像表示面に表示された原
    画像をスクリーンに拡大投影する複数のレンズ素子を備
    えた投写用レンズ装置において、 前記複数のレンズ素子のうち少なくとも一つのレンズ素
    子の木端部の面を、ほぼ円錐状傾斜面としたことを特徴
    とする投写用レンズ装置。
14. 【請求項１４】前記木端部の面をほぼ円錐状傾斜面とし
    たレンズ素子は、前記映像発生源から最も遠く配設され
    るレンズ素子であることを特徴とする請求項１３に記載
    の投写用レンズ装置。
15. 【請求項１５】請求項１から請求項１４のいずれか一つ
    に記載の投写用レンズ装置を用いた投写型画像ディスプ
    レイ装置。