JPH08334685A

JPH08334685A - 投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置

Info

Publication number: JPH08334685A
Application number: JP7140233A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Wada; 充弘和田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】バックフォーカスが長く、コンパクトであり
ながら周辺まで明るく、画面全体にわたって高画質な画
像を実現できる投写レンズを提供する。【構成】主レンズと、フレネルレンズとを備えた投写
レンズにおいて、前記主レンズは、スクリーン側から順
に正パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群
とで構成され、以下の条件式を満足することを特徴とす
る。１．０＜ｆ_G1／ｆ_G2＜５．０（ただし、ｆ_G1、ｆ_G2はそれぞれ第１レンズ群及び第２
レンズ群の合成焦点距離である。）【効果】上記構成によれば、良好な結像性能を維持し
ながらバックフォーカスを大きくできるので、フレネル
レンズによる光損失を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空間光変調素子上に形
成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レン
ズおよびこれを用いた投写型表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、大画面の映像を得るために、照明
光により空間光変調素子を照明し、映像信号に応じて空
間光変調素子上に形成された光学像を投写レンズにより
スクリーン上に拡大投写する方法が知られている。近
年、ライトバルブとして液晶パネルを用いた投写型表示
装置が注目されている。

【０００３】現在、液晶パネルには、旋光性が電界によ
り変化する現象を利用したツイストネマティック液晶
（以下、ＴＮ液晶と呼ぶ）を用いたものが主流であり、
一部実用化されている。

【０００４】（図１５）に従来の投写型表示装置の構成
を示す。光源３４からの放射光はフィールドレンズ３５
を通過して、ＴＮ液晶パネル３６を照明する。液晶パネ
ル３６上には、透過率の変化として光学像が形成され、
投写レンズ３７によりスクリーン（図示せず）上に拡大
投写される。

【０００５】光源３４はランプ３１、凹面鏡３２、ＵＶ
−ＩＲカットフィルタ３３から構成される。ランプ３１
には、例えばメタルハライドランプ、ハロゲンランプな
どが用いられる。凹面鏡３２は、ランプ３１から放射さ
れる光を集めて、光軸３８に沿っておよそ平行な光に変
換する。フィールドレンズ３５は、液晶パネル３６を照
明する光を投写レンズ３７に効率よく導くために用い
る。液晶パネル３６は各画素に対応して赤、緑、青色の
カラーフィルタが設けられている。

【０００６】上記構成においては、１枚の液晶パネルで
カラー画像を表示できるので、構成要素が少なく、装置
の低コスト化が図れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ＴＮ液晶パネ
ルは照明光の入射角によって表示画像のコントラストが
著しく変化する。しかしながら、（図１５）に示した構
成では、液晶パネルの有効表示領域面内で照明光の入射
角が異なるため、投写画像にコントラストむらを生じる
という問題があった。この問題を解決するためには、照
明光を液晶パネル面に対して略垂直に入射させるとよい
が、この場合、投写レンズは液晶パネル側で主光線が平
行なテレセントリックであることが必要である。ただ
し、主光線とは投写レンズの瞳の中心を通過する光線で
ある。

【０００８】特開平６−２３５８８４号公報では、投写
レンズを主レンズと、液晶パネルの近傍に設けたフレネ
ルレンズとで構成し、液晶パネル面から略垂直に出射す
る光線を、フレネルレンズによって主レンズに集光して
テレセントリックを実現している。しかしながら、実用
上十分な効果を得るためには、以下の問題がある。

【０００９】第１に、バックフォーカスが小さいため、
フレネルレンズにおける光損失が大きいという問題であ
る。

【００１０】（図１６）を用いてフレネルレンズ４１に
光軸４４に沿った平行光が入射する場合を考える。レン
ズ面４２に入射する光線のうち、Ａの範囲の光線は屈折
後、フレネルレンズ４１を透過する。一方、Ｂの範囲の
光線は、レンズ面４２で屈折後、非レンズ面４３に入射
し、これらの光線は損失となる。（図１６）から明らか
なように、非レンズ面４３による光損失はレンズ面４２
の傾斜角θに比例して大きくなる。フレネルレンズ４１
と主レンズ（図示せず）との間隔が小さいと、フレネル
レンズ４１はより大きな屈折力が必要となり、レンズ面
４２の傾斜角θが大きくなるので、光損失も大きくな
る。したがって、光損失を小さくするためには、投写レ
ンズのバックフォーカスはできるだけ大きくする必要が
ある。

【００１１】第２に、フレネルレンズの界面反射による
不要反射光がゴースト像を生じ、投写画像の画質に悪影
響を及ぼすという問題があった。

【００１２】また、投写型表示装置では、装置の設置
性、利便性を向上するために斜め投写が可能であること
が要求される。斜め投写を実現するためには、被投影物
体（例えば、液晶パネル）を投写レンズの光軸からずら
して配置すればよい。（図１７（ａ））は正面投写の場
合に、投写レンズに必要とされるイメージサークルの大
きさを示す。ただし、イメージサークルとは投写レンズ
が鮮鋭な像を結ぶ円の範囲である。この場合、イメージ
サークル５３は被投影物体５２の対角長に等くなる。一
方、（図１７（ｂ））に示すように斜め投写を行う場合
には、被投影物体５２が光軸５１からずれる分だけ正面
投写の場合に比べて、投写レンズに必要なイメージサー
クル５３が大きくなることがわかる。例えば、６．５イ
ンチの液晶パネルを投影する場合、正面投写に必要なイ
メージサークルは１６５．１ｍｍであるのに対して、垂
直方向に１／２画面だけ斜め投写するのに必要なイメー
ジサークルは２３８．１ｍｍである。しかしながら、投
写レンズに要求されるイメージサークルが大きくなる
と、十分な周辺光量を得るためには投写レンズのレンズ
径が大きくなり、投写レンズの小型化が困難になるとと
もに、諸収差の補正も困難になるという問題があった。

【００１３】本発明は、上記問題点を鑑みてなされたも
のであり、レンズ構成を適切に設定することにより、バ
ックフォーカスが長く、コンパクトでありながら周辺ま
で明るく、画面全体にわたって高画質な画像を実現でき
る投写レンズを提供する。また、本発明は、そのような
投写レンズを用いることにより、明るく高画質な大画面
映像を安価に実現できる投写型表示装置を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の投写レンズは、主レンズとフレネル
レンズとを備え、前記主レンズは、スクリーン側から順
に正パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群
とで構成され、以下の条件式を満足することを特徴とす
るものである。

【００１５】

【数８】

【００１６】ただし、ｆ_G1、ｆ_G2はそれぞれ前記第１レ
ンズ群及び前記第２レンズ群の合成焦点距離である。

【００１７】上記第１の投写レンズは、以下の条件式を
満足することが好ましい。

【００１８】

【数９】

【００１９】だたし、ｄ₆は第１レンズ群と第２レンズ
群との間の軸上の空気間隔である。さらに、以下の条件
式を満足すればなお好ましい。

【００２０】

【数１０】

【００２１】だたし、ｆ_Fはフレネルレンズの焦点距
離、ｆは全系の焦点距離である。第１レンズ群は、正レ
ンズと、スクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレン
ズと、前記スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレ
ンズからなり、以下の条件式を満足すれば好ましい。

【００２２】

【数１１】

【００２３】ただし、ｎ₁、ｎ₂はそれぞれ前記正レンズ
および前記スクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレ
ンズの屈折率である。

【００２４】第２レンズ群は、負レンズと正レンズとを
貼り合わせて全体として負パワーの接合レンズと、スク
リーン側に凹面を向けた２枚の正メニスカスレンズから
なり、以下の条件式を満足すれば好ましい。

【００２５】

【数１２】

【００２６】ただし、ν₄、ν₅はそれぞれ前記負レンズ
および前記正レンズのアッベ数である。

【００２７】さらに、第２レンズ群は非球面を含んでい
ればなお好ましい。フレネルレンズは、スクリーンから
遠い側の面にフレネル溝を設けたほうが好ましく、さら
にフレネル溝は非球面をベースカーブにフレネル化した
ものであればなお好ましい。

【００２８】フレネルレンズの入射面および出射面のう
ち少なくとも一方に光の界面反射を低減するための多層
膜を設けると好ましい。

【００２９】主レンズとフレネルレンズとの間に光反射
手段を配置すると好ましい。本発明の第２の投写レンズ
は、主レンズと、フレネルレンズとを備え、以下の条件
式を満足することを特徴とするものである。

【００３０】

【数１３】

【００３１】ただし、φは前記フレネルレンズの非レン
ズ面の傾斜角であり光軸と非レンズ面のなす角、ηは前
記フレネルレンズのレンズ面に前記光軸と平行な光が入
射した時に屈折光が前記光軸となす角である。

【００３２】上記第２の投写レンズにおいてフレネルレ
ンズは、入射面および出射面のうち少なくとも一方に光
の界面反射を低減するための多層膜を設けると好まし
い。

【００３３】本発明の投写型表示装置は、光源と、前記
光源から放射される光により照明されるとともに光学像
を形成する空間光変調素子と、前記空間光変調素子上の
光学像を投写する投写手段を備え、前記投写手段として
上記第１または第２の投写レンズを用いることを特徴と
するものである。

【００３４】空間光変調素子は画素構造を有し、以下の
条件式を満足することが好ましい。

【００３５】

【数１４】

【００３６】ただし、前記空間光変調素子の画素ピッチ
をＰ_L、フレネルレンズのレンズ面ピッチをＰ_F、正整数
をｎとする。

【００３７】空間光変調素子とフレネルレンズとの間に
空隙を設けるとともにファンを備え、前記空隙に空気を
流通させれば好ましい。

【００３８】

【作用】以下、本発明の投写レンズの第１の作用とし
て、望ましい特性を実現するための条件について説明す
る。

【００３９】（数８）は、良好な結像性能を維持すると
同時に、バックフォーカスを長くするための条件であ
る。（数８）の上限値を越えるとバックフォーカスを長
くするには有利であるが、レンズ構成の対象性が大きく
崩れるために全系の諸収差をバランス良く補正すること
が困難となる。また、（数８）の下限値を越えると諸収
差を補正するには有利であるが、バックフォーカスが短
くなり、フレネルレンズにおける光損失が増加するので
好ましくない。

【００４０】（数９）は、良好な結像性能を維持すると
同時に周辺光量の低下を防ぐための条件である。（数
９）の上限値を越えると諸収差を補正するには有利であ
るが、主レンズの全長が長くなるため周辺光量の低下が
避けられない。主レンズの前玉あるいは後玉の有効径を
大きくすれば周辺光量を大きくすることが可能である
が、大幅にコストが高くなる。また、（数９）の下限値
を越えるとコマ収差のフレアが増加するとともに、全系
の諸収差をバランス良く補正することが困難となる。

【００４１】（数１０）は、投写レンズのテレセントリ
ック性を良好に維持するための条件である。（数１０）
の上限値または下限値を越えると軸外主光線の像面への
入射角が大きくなり、テレセントリック性が崩れてくる
ので好ましくない。

【００４２】（数１１）は、像面湾曲を補正するための
条件である。（数１１）の下限値を越えると、ペッツバ
ール和が悪くなり、像面湾曲が増加するので好ましくな
い。

【００４３】（数１２）は、主に軸上及び倍率色収差を
良好に補正するための条件である。（数１２）の条件が
満足されていないと、軸上色収差と倍率色収差が大きく
なるので好ましくない。

【００４４】次に、本発明の投写レンズの第２の作用に
ついて（図１２）を用いて説明する。

【００４５】また、（図１２）に示すフレネルレンズの
部分拡大図を（図１３）に示す。本発明の投写レンズで
は、フレネルレンズ１２の非レンズ面１３を主レンズ１
１の光軸１４に対して角度φだけ傾斜させている。非レ
ンズ面１３を傾斜させることにより、入射光１５の反射
方向を破線１７で示す方向から実線１６で示す方向へと
変化させることができる。これにより反射光がフレネル
レンズ１２を透過後、主レンズ１１に入射するのを防止
できる。この際、非レンズ面１３の傾斜角φを大きくし
すぎると、光損失が増加するという問題が発生する。

【００４６】（数１３）は、光損失を増加させることな
くゴースト像を改善するための条件である。テレセント
リックな系では、主光線は光軸に沿ったおよそ平行な光
としてフレネルレンズに入射する。（図１４）に示すよ
うに、傾斜角θのレンズ面２２に光軸と平行な光２４が
入射した場合、屈折光２５が光軸となす角をηとする
と、光が透過する領域Ａと透過せず損失となる領域Ｂが
存在する。非レンズ面２３の傾斜角φがηより小さい範
囲では光損失となる領域Ｂは変化せず、ηより大きくな
るとηに比例して光損失の領域Ｂが増加する。したがっ
て、光損失を増加させることなくゴースト像を改善する
ためには、非レンズ面２３の傾斜角φは（数１３）を満
足していることが必要である。

【００４７】本発明の投写レンズを投写型表示装置に用
いれば、フレネルレンズと投写レンズとの空気間隔を十
分とることができるので、フレネルレンズの非レンズ面
における光損失を小さくできる。また、コンパクトであ
りながら周辺光量も大きいので、周辺まで明るい投写画
像を実現できる。さらに、非レンズ面を傾斜させれば、
不要反射光によるゴースト像を低減することができ、コ
ントラストの高い、高画質な投写画像を実現できる。

【００４８】空間光変調素子が画素構造を有する場合に
は、画素周期構造と、フレネルレンズのレンズ面ピッチ
による周期構造とが干渉し、モアレ縞を生じる。フレネ
ルレンズの非レンズ面による光損失が大きいほどモアレ
縞の変調度は大きくなるので、モアレ縞が目立ち易くな
る。このモアレ縞を低減するためには、（数１４）の条
件を満足するようにフレネルレンズのレンズ面ピッチを
選択すれば良い。（数１４）の条件を満足することによ
って、モアレ縞の波長を視覚に対して十分に小さくする
ことができる。特に、（数１４）のｎが大きいほどモア
レ縞の変調度を小さくできるので、モアレ縞をより目立
ち難くできる。

【００４９】

【実施例】以下に、本発明の投写レンズの具体的な実施
例について説明する。

【００５０】第１の実施例の構成を（図１）に示す。Ｌ
Ｍは主レンズ、ＬＦはフレネルレンズ、Ｌｉは第ｉレン
ズである。また、（図１）に関する具体的数値を（表
１）に示す。ｒｊは第ｊレンズの曲率半径、ｄｊは第ｊ
面から第（ｊ＋１）面までの軸上の間隔、ｎｉ、νｉは
それぞれ第ｉレンズのｅ線における屈折率、アッベ数、
ωはスクリーン側の半画角である。＊を付したレンズ面
は非球面であり、その面形状は（数１５）で与えられ
る。ただし、ｈは光軸からの高さ、Ｓはレンズ面の高さ
ｈにおけるサグ量、κｊは円錐係数、ｄｊ、ｅｊ、ｆ
ｊ、ｇｊはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面
係数である。

【００５１】

【数１５】

【００５２】

【表１】

【００５３】スクリーン側から順に、第１レンズＬ１は
正レンズ、第２レンズＬ２はスクリーン側に凸面を向け
た正メニスカスレンズ、第３レンズＬ３はスクリーン側
に凸面を向けた負メニスカスレンズ、第４レンズＬ４は
負レンズ、第５レンズＬ５は正レンズ、第６レンズＬ６
はスクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、第
７レンズＬ７はスクリーン側に凹面を向けた負メニスカ
スレンズである。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とを
接合している。第７レンズＬ７の第１２面及び第１３面
は非球面である。第１レンズＬ１から第３レンズＬ３ま
での３枚で第１レンズ群Ｇ１が構成され、第４レンズＬ
４から第７レンズＬ７までの４枚で第２レンズ群Ｇ２が
構成される。

【００５４】テレセントリック性を得るために、主レン
ズＬＭから非常に大きな空気間隔を隔ててフレネルレン
ズＬＦが配置されている。第１４面は平面であり、第１
５面はフレネル面である。フレネル面をスクリーンから
遠い側の面に設ける方が、スクリーンから近い側の面に
設けるよりも諸収差の補正が容易に行える。

【００５５】フレネル面は、非球面をベースカーブとし
てフレネル化したフレネル溝が光軸を中心にサーキュラ
ー状に設けられたものであり、特に歪曲収差を補正する
のに役立っている。

【００５６】フレネルレンズＬＦの第１４面、第１５面
には光の界面反射を低減する多層膜を設けるとよい。こ
れにより、投写画像のコントラストを向上することがで
きる。

【００５７】フレネル面の非レンズ面はテーパ処理を施
し、光軸に対して傾斜させるとよい。これにより、非レ
ンズ面で反射した不要反射光が主レンズＬＭに入射する
のを防止できるので、ゴースト像の発生を抑制する効果
がある。ただし、この場合、非レンズ面の傾斜角は（数
１３）の条件を満足している。本手段は、主レンズとフ
レネルレンズで構成された投写レンズにおいては、主レ
ンズの構成に関わらず有効であることは明らかである。

【００５８】フレネルレンズＬＦは、量産性を向上する
ために、レンズ材料としてアクリル樹脂を用い、成形加
工により製作すると良い。

【００５９】（表１）に示した投写レンズの収差図を
（図２（ａ），（ｂ），（ｃ））に示す。同図（ａ）に
示す球面収差はｅ線（波長λ＝５４６．１ｎｍ）および
Ｆ線（λ＝４８６．１ｎｍ）に関するものである。
（ｂ）に示す非点収差は、Δｍがメリジオナル光線、Δ
ｓがサジタル光線に関するものである。半画角はω＝２
９．１゜と広角で、投写型表示装置のセットの小型化に
有利である。主レンズＬＭとフレネルレンズＬＦとの間
隔はｄ１３＝８６．９ｍｍと長く、非レンズ面における
光損失も小さくできる。また、この空気間隔に反射ミラ
ーを配置して光路を折り曲げることができる。主レンズ
ＬＭの全長は３４．３７ｍｍ、主レンズＬＭの最大有効
径は約３６ｍｍ、最大画角における開口効率は７０％以
上であり、コンパクトでありながら周辺光量比も十分に
確保できる。さらにフレネルレンズＬＦの第１５面から
出射する主光線の角度は、光軸に対して２ｄｅｇ以下で
あり、テレセントリック性も良好に補正されている。

【００６０】次に、本発明の投写レンズの他の実施例に
ついて説明する。第２から第５の実施例の構成を（図
３）から（図６）に、その具体的数値をそれぞれ（表
２）から（表５）に示す。また、各実施例における収差
図をそれぞれ（図７）から（図１０）に示す。各図およ
び表中の記号は第１の実施例と同様である。

【００６１】

【表２】

【００６２】

【表３】

【００６３】

【表４】

【００６４】

【表５】

【００６５】いずれの実施例も第１の実施例と同様の構
成であるが、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２のパ
ワー配分を変えて、バックフォーカスを変化させてい
る。第１の実施例と同様にバックフォーカスが長いので
主レンズＬＭとフレネルレンズＬＦとの間隔を長くで
き、フレネルレンズでの光損失を小さくできる。また、
主レンズＬＭとフレネルレンズＬＦとの間に反射ミラー
を配置して光路を折り曲げることができる。

【００６６】いずれの実施例も広角で、コンパクトであ
りながら周辺光量が大きく、諸収差も良好に補正されて
いる。また、テレセントリック性も良好である。

【００６７】上記第１から第５の実施例について、重要
なパラメータの値をまとめて（表６）に示す。

【００６８】

【表６】

【００６９】上記実施例では、フレネルレンズのフレネ
ル面をスクリーンから遠い側の面に設けているが、これ
に限定するものではなくフレネル面をスクリーンから近
い側の面に設けた構成であってもよい。しかし、その場
合は他のレンズ構成の最適化により諸収差を十分に補正
する必要がある。

【００７０】以下に、本発明の投写型表示装置の実施例
について説明する。本発明の投写型表示装置の構成を
（図１１）に示す。４は光源、５はＴＮ液晶パネル、８
は投写レンズである。

【００７１】メタルハライドランプ１から放射される光
は、凹面鏡２により反射され、光軸９に沿っておよそ平
行な光に変換される。凹面鏡２からの反射光は、ＵＶ−
ＩＲカットフィルタ３により赤外および紫外光が取り除
かれ、液晶パネル５の入射面に対して略垂直に入射す
る。液晶パネル５は２枚の偏光板と画素構造を備えたＴ
Ｎ液晶セルにより構成される。液晶パネル５では、透過
光を変調して映像信号に応じた光学像が形成される。液
晶パネル５の各画素は赤、緑、青のカラーフィルタを備
えており、フルカラーの画像を表示できる。液晶パネル
５上に形成された光学像は投写レンズ８によりスクリー
ン（図示せず）上に拡大投写される。

【００７２】投写レンズ８はフレネルレンズ６と主レン
ズ７とで構成され、それぞれ（図１）に示したフレネル
レンズＬＦと主レンズＬＭに対応する。テレセントリッ
ク性が良いのでコントラストむらが小さく、高画質な投
写画像を実現できる。

【００７３】投写レンズのフォーカス調整は、主レンズ
７を光軸９方向に微小移動すると良い。

【００７４】液晶パネル５の有効表示領域の対角長は３
インチであり、画素サイズは１５０μｍである。これに
対してフレネルレンズ６のレンズ面ピッチを、２５０μ
ｍとしている。このピッチは、（数１４）の条件式を満
足しているので、モアレ縞をできるだけ目立ち難くする
ことができる。

【００７５】フレネルレンズの非レンズ面にテーパ処理
を施し、非レンズ面を光軸に対して傾斜させれば、不要
反射光によるゴースト像を抑制し、投写画像の劣化を改
善することができる。この場合、非レンズ面の傾斜角は
（数１３）を満足しておれば光損失を増加させることな
くゴースト像を抑制することができる。

【００７６】液晶パネル５とフレネルレンズ６との空気
間隔にファンを設け、空気を流通してやれば液晶パネル
を効率良く冷却することができるので、より強い光源を
使用して投写画像の明るさを向上することが可能とな
る。

【００７７】以上の実施例では、投写レンズとして（図
１）に示すものを用いた例を示したが、（図３）から
（図６）のいずれかに示すもの、またはそれらが準ずる
条件を満足せしめるものであれば本発明の投写レンズと
して用いることができる。また、空間光変調素子として
ＴＮ液晶を用いた例を示したが、他の方式の液晶パネル
や電気光学結晶を用いるものなど、光学的特性の変化と
して光学像を形成するものであれば、本発明の空間光変
調素子として用いることができる。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レンズ構
成を適切に設定することにより、バックフォーカスが長
く、コンパクトでありながら周辺まで明るく、画面全体
にわたって高画質な画像を実現できる投写レンズを提供
することができる。また、本発明は、そのような投写レ
ンズを用いることにより、明るく高画質な大画面映像を
安価に実現できる投写型表示装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投写レンズの第１の実施例における構
成図

【図２】本発明の投写レンズの第１の実施例における収
差図

【図３】本発明の投写レンズの第２の実施例における構
成図

【図４】本発明の投写レンズの第３の実施例における構
成図

【図５】本発明の投写レンズの第４の実施例における構
成図

【図６】本発明の投写レンズの第５の実施例における構
成図

【図７】本発明の投写レンズの第２の実施例における収
差図

【図８】本発明の投写レンズの第３の実施例における収
差図

【図９】本発明の投写レンズの第４の実施例における収
差図

【図１０】本発明の投写レンズの第５の実施例における
収差図

【図１１】本発明の投写型表示装置の概略構成図

【図１２】フレネルレンズによるゴーズト像の抑制法を
説明する概略構成図

【図１３】非レンズ面を傾斜させたフレネルレンズの概
略部分断面図

【図１４】フレネルレンズの非レンズ面の傾斜角と光損
失との関係を示す概略断面図

【図１５】従来の投写型表示装置の概略構成図

【図１６】フレネルレンズによる光損失の発生要因を説
明する概略断面図

【図１７】斜め投写と投写レンズのイメージサークルの
大きさとの関係を示す説明図

【符号の説明】

４光源５ＴＮ液晶パネルＬＦ、６、１２、２１、４１フレネルレンズＬＭ、７、１１主レンズ８投写レンズ２２、４２レンズ面１３、２３、４３非レンズ面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主レンズと、被投影物体の出射側近傍にフ
レネルレンズを備えた投写レンズにおいて、前記主レン
ズは、スクリーン側から順に正パワーの第１レンズ群
と、正パワーの第２レンズ群とで構成され、以下の条件
式を満足することを特徴とする投写レンズ。【数１】ただし、ｆ_G1、ｆ_G2はそれぞれ第１レンズ群及び第２レ
ンズ群の合成焦点距離である。
【請求項２】以下の条件式を満足する請求項１記載の投
写レンズ。【数２】ただし、ｄ₆は第１レンズ群と第２レンズ群との間の軸
上の空気間隔である。
【請求項３】以下の条件式を満足する請求項１または２
記載の投写レンズ。【数３】ただし、ｆ_Fはフレネルレンズの焦点距離、ｆは全系の
焦点距離である。
【請求項４】第１レンズ群は、正レンズと、スクリーン
側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、前記スクリー
ン側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなり、以下
の条件式を満足する請求項１から３のいずれかに記載の
投写レンズ。【数４】ただし、ｎ₁、ｎ₂はそれぞれ前記正レンズおよび前記ス
クリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズの屈折率
である。
【請求項５】第２レンズ群は、負レンズと正レンズとを
貼り合わせて全体として負パワーの接合レンズと、スク
リーン側に凹面を向けた２枚の正メニスカスレンズから
なり、以下の条件式を満足する請求項１から３のいずれ
かに記載の投写レンズ。【数５】ただし、ν₄、ν₅はそれぞれ前記負レンズおよび前記正
レンズのアッベ数である。
【請求項６】第２レンズ群は、非球面を含んでいる請求
項５記載の投写レンズ。
【請求項７】フレネルレンズは、スクリーンから遠い側
の面にフレネル溝が設けられた請求項１記載の投写レン
ズ。
【請求項８】フレネルレンズのフレネル溝は、非球面を
ベースカーブにフレネル化したものである請求項７記載
の投写レンズ。
【請求項９】フレネルレンズは入射面および出射面のう
ち少なくとも一方に光の界面反射を低減するための多層
膜が設けられた請求項１記載の投写レンズ。
【請求項１０】主レンズとフレネルレンズとの間に光反
射手段を配置した請求項１記載の投写レンズ。
【請求項１１】主レンズと、フレネルレンズとを備えた
投写レンズにおいて、以下の条件式を満足することを特
徴とする投写レンズ。【数６】ただし、φは前記フレネルレンズの非レンズ面の傾斜角
であり光軸と非レンズ面のなす角、ηは前記フレネルレ
ンズのレンズ面に前記光軸と平行な光が入射した時に屈
折光が前記光軸となす角である。
【請求項１２】フレネルレンズは入射面および出射面の
うち少なくとも一方に光の界面反射を低減するための多
層膜が設けられた請求項１１記載の投写レンズ。
【請求項１３】光源と、前記光源から放射される光によ
り照明されるとともに光学像を形成する空間光変調素子
と、前記空間光変調素子上の光学像を投写する投写手段
とを備え、前記投写手段として請求項１または１１記載
の投写レンズを用いることを特徴とする投写型表示装
置。
【請求項１４】空間光変調素子は画素構造を有し、以下
の条件式を満足する請求項１３記載の投写型表示装置。【数７】ただし、前記空間光変調素子の画素ピッチをＰ_L、フレ
ネルレンズのレンズ面ピッチをＰ_F、正整数をｎとす
る。
【請求項１５】空間光変調素子とフレネルレンズとの間
に空隙を設けるとともにファンを備え、前記空隙に空気
を流通させる請求項１３記載の投写型表示装置。