(57)【要約】【課題】  背面投写型映像表示装置において、投写光学系の投写距離を大幅に短縮し、光路折り返しミラーレスとすることで、台形歪の要因を除去してセットのコンパクト化を実現する。【解決手段】正屈折力を持つ第１レンズ群３、及び第１レンズ群３の拡大像を更に拡大する第２レンズ群２を含む投写レンズを備え、この投射レンズにより、映像表示素子の表示映像を透過型スクリーン６上に拡大投影する。このとき、第２レンズ群２から透過型スクリーン６に至るまでの間に折り返しミラーを配置せず、第２レンズ群２の拡大像を透過型スクリーン６に投影する。【選択図】  図１
2005195830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示素子と、該映像表示素子に表示された映像を透過型スクリーン上に拡大投影する投写レンズとを備えた背面投写型映像表示装置において、
前記投写レンズは、正屈折力を持つ第１レンズ群と、該第１レンズ群の拡大像を更に拡大する、正屈折力を持つ第２レンズ群とを含み、該第２レンズ群で得られた拡大像を前記透過型スクリーンに投影する構成としたことを特徴とする背面投写型映像表示装置。
【請求項２】
前記第２レンズ群で得られた拡大像を、直接、前記透過型スクリーンに投影する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項３】
前記第２レンズ群で得られた拡大像を、折り返しミラーを用いることなく、前記透過型スクリーンに投影する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項４】
前記第２レンズ群で得られた拡大像を、第２レンズ群の出射面から透過型スクリーンに至るまでに、第２レンズ群からの光束の光路を変化させることなく、前記透過型スクリーンに投影する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項５】
映像表示素子と、透過型スクリーンと、該映像表示素子に表示された映像を前記透過型スクリーン上に拡大投影する投写レンズと、前記映像表示素子に映像を表示するための駆動回路とを筐体内部に固定収納した背面投写型映像表示装置において、
前記投写レンズは、映像表示素子からスクリーンまでの光路に配置された、それぞれ正屈折力を持つ少なくとも第１レンズ群及び第２レンズ群を含み、該第１及び第２のレンズ群で２回以上拡大像を得る構成とし、前記第２レンズ群による拡大像を直接前記透過型スクリーンに投影する構成としたことを特徴とする背面投写型映像表示装置。
【請求項６】
前記透過型スクリーン対角寸法ＳＳ（インチ）と、前記筐体の奥行きＤ（インチ）とが画面サイズに対して下記の条件を満足する請求項５に記載の背面投写型映像表示装置。
４０＜ＳＳ
Ｄ≦ＳＳ／３．０
【請求項７】
前記筐体の外形寸法が、下記の条件を満足する請求項５または６に記載の背面投写型映像表示装置。
（Ｌｓ＋ＳＳ×２５．４）／１４＜θ
但し、Ｌｓ＝Ｗ−Ｓｗ（ｍｍ）
Ｗ：筐体横幅（水平方向）寸法（ｍｍ）
Ｓｗ：透過型スクリーン横幅(水平方向)寸法（ｍｍ）
θ：筐体外形絞り角度（度）
【請求項８】
少なくとも、前記第１レンズ群を構成するレンズのうちで最も第２レンズ群に近い位置に配置されたレンズの映像光束が通過する領域以外、前記第２レンズ群を構成するレンズのうちで最も第１レンズ群に近い位置に配置されたレンズの映像光束が通過する領域以外、もしくは前記第１レンズ群と第２レンズ群の間に位置する光路折り返し手段の映像光束が通過する領域以外に、遮光絞りを設けたことを特徴とする請求項５に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項９】
前記第１レンズ群により形成される第１の拡大像は、前記第２レンズ群よりも映像表示素子側において結像し、該第１の拡大像の倍率Ｍ１は、前記第２レンズ群によりスクリーン上に形成される第２の拡大像の倍率Ｍ２より小さいことを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項１０】
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に正の屈折力を持つフィールドレンズ群を配置し、前記第１レンズ群により形成される第１の拡大像は、前記フィールドレンズ群近傍で結像することを特徴とする請求項９に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項１１】
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に正の屈折力を持つフィールドレンズ群を配置し、前記第１レンズ群により形成される第１の拡大像は、前記フィールドレンズ群より、前記第２群レンズ側に結像することを特徴とする請求項５に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項１２】
前記第２レンズ群と前記フィールドレンズ群の間に光路折り返し手段を配置したことを特徴とする請求項１０または１１に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項１３】
前記第１レンズ群の中に光路折り返し手段を設けたことを特徴とする請求項１０または１１に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項１４】
前記第２レンズ群の中に光路折り返し手段を設けたことを特徴とする請求項１０または１１に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項１５】
前記第１レンズ群は、映像表示素子側にほぼテレセントリックな関係であり、該第１レンズ群で得られた拡大像は、前記第２レンズ群よりも映像表示素子側において結像し、前記第２レンズ群は、その画角が９０度以上であることを特徴とする請求項５に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項１６】
前記投写レンズ及び映像表示素子が前記透過型スクリーンの下端より上方に配置されていることを特徴とする請求項５乃至１１のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項１７】
白色光源と、該白色光源から放射される可視光束を赤、緑、青の３原色に分光する光束分光手段と、入力された映像信号の振幅により前記分光された光束の光強度をそれぞれ変調する構成の映像表示素子と、該映像表示素子によって変調されたそれぞれの光束を合成する光合成手段と、該光合成手段により合成された光束を透過型スクリーン投影する投写レンズを含む投写光学装置とが筐体内部に収納された背面投写型映像表示装置において、
前記投写レンズは、前記光合成手段により合成された光束を、直接透過型スクリーン投影するものであり、
前記筐体内部の、前記透過型スクリーンの水平方向のいずれか一方側に、前記映像表示素子に映像を表示するための駆動回路を固定収納し、かつ他方側に前記投写光学装置を固定収納したことを特徴とする背面投写型映像表示装置。
【請求項１８】
前記投写レンズは、前記映像表示素子側から順に、前記映像表示素子により変調された光束を第１の結像位置に拡大像として結像させる第１レンズ群と、前記第１の結像位置近傍に配設されたフィールドレンズ群と、前記第１の結像位置に結像された拡大像を、前記スクリーンに再度拡大して投影する第２レンズ群とを含むことを特徴とする請求項１７に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項１９】
前記白色光源として、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハロイドランプのいずれかを用いたことを特徴とする請求項１７に記載の背面投写型映像表示装置。
【請求項２０】
表示素子と、該表示素子に表示された映像を投影する投写レンズとを備えた表示装置において、
前記投写レンズは、正屈折力を持つ第１レンズ群と、該第１レンズ群の拡大像を更に拡大する、正屈折力を持つ第２レンズ群とを含み、該第２レンズ群で得られた拡大像を、直接的に前記透過型スクリーンに投影する構成としたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像表示素子に表示された映像を投写レンズで例えば透過型スクリーン上に拡大投影する表示装置、例えば背面投写型の映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
背面投写型映像表示装置(以下、セットと呼ぶ場合もある)の映像発生源として、３つのＣＲＴ(赤、青、緑の映像を表示するＣＲＴ)に代えて、透過型もしくは反射型の液晶パネルや、マイクロミラーデバイス等の画素選択型の映像表示素子が用いられる場合がある。このような映像表示素子を使用した場合の、セットのコンパクト化を実現するための投写レンズの構成については、例えば下記特許文献１乃至３に記載のものが知られている。これら特許文献には、スクリーンに対して斜め方向から映像を拡大投写するための投写レンズの構成について開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１３４２１３号公報
【０００４】
【特許文献２】特開２０００−１６２５４４号公報
【特許文献３】特開２００２−３５７７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献に記載のように映像をスクリーンに対して斜め方向から投写すると、スクリーン上に投影された映像に所謂台形歪みが生じる。特許文献１に記載の投写光学系では、スクリーン側に配置したアフォーカルコンバータを偏心させて台形歪み抑える構成としている。しかしながら、開示されたアフォーカルコンバータでは倍率が低いため広角化（セットのコンパクト化）が困難という問題がある。また特許文献２に記載の投写光学系においては、背面投写型映像装置として十分に薄型化できるほどの広角化は困難であり、使用するレンズを個別に偏心させる必要があるため製造が困難という問題点もある。さらに特許文献３に記載の投写光学系は、正のパワーを有する第１屈折レンズ系と、負のパワーを有する第２屈折レンズ系と光路折り返しミラーから構成され、負のパワーを有する第２屈折レンズ系の内、少なくとも２枚は回転対称性が異なる偏心系としている。このため、製造時に各レンズの位置精度確保が難しいという問題点がある。
【０００６】
一方、上記従来技術におけるセットのレイアウト設計は、投写レンズを含めた投写光学系のみに着目した設計がなされており、筐体内での駆動回路の設置場所の確保を含めたシステム全体を考慮した最適セット設計がなされていなかった。特に、セットのコンパクト化の為に配設した光路折り返しミラーの感度が非常に高く、位置精度がずれると画面上に台形歪が発生するという問題点がある。また、光路折り返しミラーを配設するとある程度はセットサイズを小さくすることが出来るが、セット前面から後面にかけての外形絞込みが出来ず、セットを横方向から見たときに奥行きの大きさを感じさせてしまう。
【０００７】
従って、透過型スクリーン上の表示画面を高画質化し、セットをコンパクト化するためには、それに適した筐体構造と、広画角でかつハイフォーカス，高倍率でバックフォーカスが長い投写光学系を用いること必要である。そして、投写レンズからの映像を、折り返しミラーを用いることなく、直接透過型スクリーンに拡大投影することが望ましい。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みて為されたものであって、その目的は、セットのコンパクト化に適した技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための、本発明に係る投写型映像表示装置は、映像表示素子に表示された映像を透過型スクリーン上に拡大投影する投写レンズとして、正屈折力を持つ第１レンズ群と、該第１レンズ群の拡大像を更に拡大する正屈折力を持つ第２レンズ群とを含む投写レンズを用いる。そして、この第２レンズ群で得られた拡大像を、直接的に(すなわち第２レンズ群の出射面から透過型スクリーンに至るまでに、折り返しミラーなどで第２レンズ群からの光束の光路を変化させることなく)透過型スクリーンに投影することを特徴とするものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、上記第１レンズ群により形成された第一の拡大像を、一旦第２レンズ群よりも映像表示素子側において結像し、この第１の拡大像を前記第２レンズ群によりスクリーン上に直接拡大投写するものである。このとき、第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に正の屈折力を持つフィールドレンズ群を配置し、第１の拡大像の倍率Ｍ１を、前記第２レンズ群によりスクリーン上に形成される第２の拡大像の倍率Ｍ２より小さくしてもよい。
【００１１】
また、前記第１レンズ群は映像表示素子側にテレセントリックで照明光学系のＦ値に合わせて設計すると良い。第１レンズ群による第１の拡大像は、第２レンズ群よりも映像表示素子側において結像するので、第２群のＦ値であるＦ２（光線の発散角度）は、第１レンズ群のＦ値であるＦ１を第１の拡大像の倍率Ｍ１で除した値、すなはちＦ２＝Ｆ１×Ｍ１となる。このため第２レンズ群のＦ２を大きくとれるので画角が９０度を超えるような超広角化に対して有利になる。
【００１２】
また第１レンズ群と第２レンズ群との間に光路折り返し手段を配置し、第１レンズ群をスクリーン画面水平方向に概ね垂直として配置し、第２レンズ群をスクリーン面に対して概ね垂直となるように配置する。これにより、投写レンズから出射した投写映像を直接スクリーン上に拡大投映することが出来、更なるコンパクト化が実現できる。
【００１３】
また、上記のような構成とすれば、従来の投写型映像表示装置で使用していた光路折り返しミラーを使用しなくても良く、従来発生していた台形歪の問題も解消され、更なるコンパクト化が実現できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、セットのコンパクト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の投写光学ユニットを用いた投写型映像表示装置及び背面投写型映像表示装置について図面を参照にして説明する。
【００１６】
図１は本発明の投写光学ユニットを用いた背面投写型映像表示装置の実施例についての正面図である。同図において、１は照明光学系、５は筺体、６はスクリーン、７はバックカバーである。４は、白色光源からの光を照明光学系１で映像表示素子（図示せず）に照射し、映像表示素子で映像信号に応じて形成された映像を投写光学ユニットで拡大投写する光学ユニットを示している。また、３は投写光学ユニットの正の屈折力を有する第１レンズ群（図示せず、後述）を内蔵する第１レンズ鏡筒、２は投写光学ユニットの正の屈折力を有する第２レンズ群（図示せず、後述）を内蔵する第２レンズ鏡筒を示している。白色光源からの光が照明光学系１によって映像表示素子に照射され、その光が投写光学ユニットの第１レンズ群に取り込まれ、フィールドレンズを透過して、第２レンズ群より映像表示素子側で結像する。さらに、その像を物点として第２レンズ群がスクリーン上に拡大投影している。この際、第２レンズ鏡筒に組み込まれたレンズの内で最もスクリーン側に位置するレンズの有効領域（映像光束が通過する領域）以外に斜線で示したような遮光絞りを設けても良い。光学ユニット４をセットの画面中心より向かって左側に配置することで生じた右側の空間に信号回路や電源回路等のシャーシ８を組み込み、背面投写型映像表示装置を形成している。尚、第１レンズ鏡筒３と第２レンズ鏡筒２は、互いに別体で構成される。また、照明光学系１、第１レンズ鏡筒３及び第２レンズ鏡筒２を含む光学ユニットは、支持体９によりセットの底面部から支持され、所定の高さ位置に保持される。
【００１７】
また本発明の他の実施例としては光学ユニット４を画面中心より向かって右側に配置して生じた左側の空間に信号回路や電源回路等のシャーシ８を組み込み、背面投写型映像表示装置を形成しても良い。
【００１８】
光学ユニット４は、図１のように筐体５のほぼ中央に配置され、これから投写された映像光は直接スクリーン６の背面側から投写される。従来では、投写レンズ装置から投写された映像光は、図８に示す光路折り返しミラー１７によりスクリーン上に投影していた。光路折り返しミラー１７は位置精度の感度が非常に高く、所定の位置に配置していないとスクリーン上で台形歪が発生するという問題点があった。本発明の構成によると、この光路折り返しミラー１７を使用せずに投写レンズ装置から直接スクリーン上に投影する為、台形歪の発生原因の一つを除去することができる。
【００１９】
本発明の投写光学ユニット４は、光軸がスクリーン６の画面水平方向に概ね平行になるように配置された第１レンズ鏡筒３に内蔵された第１レンズ群（図示せず、後述）と、その光軸が第１レンズ群の光軸と略直交するように配置された第２レンズ鏡筒２に内蔵された第２レンズ群（図示せず、後述）とからなり、第１レンズ群と第２レンズ群との接続部分には第１レンズ群からの映像光を第２レンズ群に導光するように光路を折り返す光路折り返し手段（図示せず、後述する）が備えられている。この光路折返し手段は、第1レンズ群の中、あるいは第２レンズ群の中であっても良い。
【００２０】
第１レンズ群で発生したベーリンググレアにより拡大像のコントラスト性能が低下しないように第１レンズ群を構成するレンズのうちで最も第２レンズ群に近い位置に配置されたレンズの有効領域（映像光束が通過する領域で図示せず）以外に遮光絞りを設けても良い。
【００２１】
同様に第２レンズ群を構成するレンズのうちで最も第１レンズ群に近い位置に配置されたレンズの有効領域（映像光束が通過する領域で図示せず）以外に遮光絞りを設けても良い。
【００２２】
更に第１レンズ群と第２レンズ群の間に位置する光路折り返し手段の有効領域（映像光束が通過する領域）以外に遮光絞りを設けると更に良い。
【００２３】
このように、本発明の投写光学ユニット４は、少なくとも２つのレンズ群に分割され、その光軸が略直交するように配置され、第１レンズ群の光軸は、スクリーン６の画面水平方向に概ね平行になるように配置されているので、背面投写型映像表示装置の奥行きを薄くすることができ、さらに投写光学ユニットの高さ方向も低くすることができるので、セット全体のコンパクト化に有効である。
【００２４】
光源としては水平点灯用の光源ランプを用い、この光源ランプを画面水平方向に概ね並行に配置した場合には、特に、コンパクト化に有効でかつ長寿命となる。
【００２５】
ここで、以下の説明を容易とするため、右手系直交座標を導入する。図１でスクリーン６はＹＺ平面に平行で、スクリーン６の水平（横）方向をＺ軸方向とし、垂直（縦）方向をＹ軸方向とする。スクリーン６を表側（観察者側）から裏面へ突き抜ける方向はＸ軸である。
【００２６】
図２は本発明の投写光学ユニットを用いた背面投写型映像表示装置の側面図で、図１に示した構成部品と同一の作用を有するものには同一符号を付してある。図２において、第１レンズ鏡筒３に内蔵される第１レンズ群（図示せず）の光軸３１（同図中のＺ軸、以下第１レンズ鏡筒の光軸と省略する）と第２レンズ鏡筒２に内蔵される第２レンズ群（図示せず）の光軸２１（以下第２レンズ鏡筒の光軸と省略する）は、内蔵した光路折り返し手段（図示せず）によって概ね直交するように配置されている。本実施例では第２レンズ鏡筒２の光軸２１と前記第１レンズ鏡筒３の光軸３１が一致（図紙面右側方向の略Ｙ軸方向に偏心させていない）している。スクリーン６に対して投写光学ユニットの光軸が偏心せず第２レンズ鏡筒２からスクリーン６の下端に向かう光線ＬＤと上端に向かうＵＤのＸ軸とのなす角度は等しくなる。よって、その分光学ユニット４の位置を画面垂直方向上部方向のＹ軸方向に持ち上げることが可能となり、第２レンズ鏡筒２をスクリーン６の下端より画面垂直方向上部に配置できる。このような構成によれば、スクリーン下端から筐体５の底面までの距離が短いコンパクトなセットが実現できる。
【００２７】
また、第２レンズ鏡筒２の光軸２１を前記第１レンズ鏡筒３の光軸３１に対して図紙面下側方向の略−Ｙ軸方向に偏心させることで、スクリーン６に対して投写光学ユニットの光軸が偏心するので、第２レンズ鏡筒２からスクリーン６の下端に向かう光線ＬＤとＸ軸とのなす角度が大きくなる。よって、その分光学ユニット４の位置を画面垂直方向上部方向のＹ軸方向に下げることが可能となり、第２レンズ鏡筒２をスクリーン６の中央より画面垂直方向下部に配置できる。このような構成によれば、光学ユニット４を筐体５に対して低い位置に配置できる。
次に図３は本発明の第２の投写光学ユニットを用いた背面投写型映像表示装置の実施例についての正面図である。同図において、１は照明光学系、５は筺体、６はスクリーン、７はバックカバーである。４は、白色光源からの光を照明光学系１で映像表示素子（図示せず）に照射し、映像表示素子で映像信号に応じて形成された映像を投写光学ユニットで拡大投写する光学ユニットを示している。また、３は投写光学ユニットの正の屈折力を有する第１レンズ群（図示せず、後述）を内蔵する第１レンズ鏡筒、２は投写光学ユニットの正の屈折力を有する第２レンズ群（図示せず、後述）を内蔵する第２レンズ鏡筒を示している。第２レンズ鏡筒に組み込まれたレンズの内で最もスクリーン側に位置するレンズの有効領域（映像光束が通過する領域）以外に斜線で示したような遮光絞りを設けても良い。光学ユニット４をセットの画面中心に配置することで生じた左右の空間（本実施例では向かって右側の空間）に信号回路や電源回路等のシャーシ８を組み込み、背面投写型映像表示装置を形成している。
【００２８】
また本発明の他の実施例としては光学ユニット４の左側の空間に信号回路や電源回路等のシャーシ８を組み込み、背面投写型映像表示装置を形成しても良い。
【００２９】
光学ユニット４は、図３のように筐体５のほぼ中央に配置され、これから投写された映像光は直接スクリーン６の背面側から投写される。
【００３０】
本発明の投写光学ユニット４は、光軸がスクリーン６の画面垂直方向に概ね平行になるように配置された第１レンズ鏡筒３に内蔵された第１レンズ群（図示せず、後述）と、その光軸が第１レンズ群の光軸と略直交するように配置された第２レンズ鏡筒２に内蔵された第２レンズ群（図示せず、後述）とからなり、第１レンズ群と第２レンズ群との接続部分には第１レンズ群からの映像光を第２レンズ群に導光するように光路を折り返す光路折り返し手段（図示せず、後述する）が備えられている。この光路折返し手段は、第1レンズ群の中、あるいは第２レンズ群の中であっても良い。
【００３１】
図４は本発明の投写光学ユニットを用いた第２の実施例である背面投写型映像表示装置の側面図で、図３に示した構成部品と同一の作用を有するものには同一符号を付してある。図４において、第１レンズ鏡筒３に内蔵される第１レンズ群（図示せず）の光軸３１（同図中のＹ軸、以下第１レンズ鏡筒の光軸と省略する）と第２レンズ鏡筒２に内蔵される第２レンズ群（図示せず）の光軸２１（以下第２レンズ鏡筒の光軸と省略する）は、内蔵した光路折り返し手段（図示せず）によって概ね直交するように配置されている。本実施例では第２レンズ鏡筒２の光軸２１と前記第１レンズ鏡筒３の光軸３１が図紙面上下方向の略Ｙ軸方向に偏心させていないので、スクリーン６に対して投写光学ユニットの光軸が偏心せず第２レンズ鏡筒２からスクリーン６の下端に向かう光線ＬＤと上端に向かうＵＤのＸ軸とのなす角度は等しくなる。よって、第２レンズ鏡筒２をスクリーン６の画面中央部に配置できる。このような構成によれば、スクリーン下端から筐体５の底面までの距離が短いコンパクトなセットが実現できる。
【００３２】
また、第２レンズ鏡筒２の光軸２１を前記第１レンズ鏡筒３の光軸３１に対して光軸に沿って図紙面下側方向の略−Ｙ軸方向に偏心させることで、スクリーン６に対して投写光学ユニットの光軸が偏心するので、第２レンズ鏡筒２からスクリーン６の下端に向かう光線ＬＤとＸ軸とのなす角度が大きくなる。よって、その分光学ユニット４の位置を画面垂直方向上部方向のＹ軸方向に下げることが可能となり、第２レンズ鏡筒２をスクリーン６の中央より画面垂直方向下部に配置できる。このような構成によれば、光学ユニット４を筐体５に対して低い位置に配置できる。
【００３３】
次に、前記した実施例１に用いた本発明における投写型映像表示装置の投写光学ユニットの詳細構成について図５を用いて説明する。説明の都合上、図１に示した構成部品と同一の作用を有するものには同一符号を付してある。
【００３４】
同図において、２１は光源である白色ランプ、４は映像表示素子として透過型液晶パネル５１（５２，５３）を使用した場合の光学ユニットを示している。
【００３５】
白色ランプ２１からの光は、図示しない照明光学系で偏光変換/分光されて透過型液晶パネル５１（５２，５３）に照射される。透過型液晶パネル５１（５２，５３）では入射された各色光が映像信号に合わせて光強度変調されて光学像が形成され、この各色光の光学像はクロスプリズム２７で合成されてカラー映像とされ、投写光学ユニット２１０で拡大される。
【００３６】
投写光学ユニット２１０は、第１レンズ鏡筒３に内蔵されている正の屈折力を有する第１レンズ群２２およびフィールドレンズ２３と、正の屈折力を有する第２レンズ鏡筒２に内蔵されている第２レンズ群２４とからなり、第１レンズ鏡筒３と第２レンズ鏡筒２との接続部分には、第１レンズ群２２，フィールドレンズ２３からの映像光を第２レンズ群２４に折り返して導光する光路折り返し手段２５が備えられている。なお、３１と２１は、前記した第１レンズ群２２の光軸と第２レンズ群２４の光軸である。また、図６ではフィールドレンズ２３はレンズ１枚で図示されているが、複数枚からなるレンズ群であってもよい。
【００３７】
本発明では、クロスプリズム２７により合成された映像は、第１レンズ群２２によりフィールドレンズ２３の近傍に一旦拡大像として結像（倒立像、一例を図６にＩＭＧで示す）する。そして、第２レンズ群２４の光軸２１を光路折り返し手段２５により第１レンズ群２２の光軸３１に対して概ね垂直に配置するとともに、例えば略Ｙ軸の正方向（図２では図紙面上側方向）に偏心させる。
【００３８】
照明光学系のＦ値は概ね２．０から３．０程度であるため第１レンズ群２２のＦ値も同程度として効率良く光束を取り込む必要がある。透過型液晶パネルの有効画面サイズを０．７インチとし、第１レンズ群による拡大率Ｍ１を３倍とすればフィールドレンズ２３近傍の拡大像は２．１インチ相当となる。この時第２レンズ群２４から物体（第１レンズ群２２の拡大像（図中のＩＭＧ））をみた場合の光束の入射角度は倍率Ｍに反比例するので、第２レンズ群２４のＦ値は理論上９．０程度となる。このため第２レンズ群２４の画角を超広角（９０度以上）に設計することが可能となる。ここで、スクリーン対角サイズを５０インチとすると、この場合第２レンズ群２４の倍率Ｍ２は約２４倍程度となる。すなわち、第１レンズ群２２の倍率Ｍ１は第２レンズ群２４の倍率Ｍ２より小さくなる。
【００３９】
また、本発明の投写型光学ユニット２１０は、正の屈折力を有する第１レンズ群と第２レンズ群を含むので、クロスプリズム２７により合成された映像を第１レンズ群２２でフィールドレンズ２３の近傍に倒立像（第１の拡大像）として結像し、この倒立像を第２レンズ群でスクリーン上に正立像（第２の拡大像）として投写する。一般の投写型カラー映像表示装置では、スクリーン状に投写された投写像は映像表示素子上の映像に対して倒立しているが、本発明では正立する特徴を備えている。
【００４０】
本発明の投写型カラー映像表示装置において図５に示した映像を合成するクロスプリズム２７に対して映像表示素子である透過型液晶パネルは画面水平方向をＸＹ平面に配置するとよい。この理由は、クロスプリズムの寸法は、画面のアスペクト比が短い方向の寸法で決まるため投写レンズのバックフォーカスを短く出来る。従って、クロスプリズムを小型化できるのでコスト低減に有利になる。更に、光源用ランプ２１と第２レンズ群２４の光軸を略垂直に配置できる。このため、図１または図２に示したように、本発明の投写型映像表示装置を用いて背面投写型映像ディスプレイ装置を構成した場合には、水平点灯用の光源ランプを画面水平方向に概ね並行に配置できる。よって、ＸＹ平面上で投写型映像表示装置の仰角が変化しても、ランプの寿命を損なう事無くセット内部のレイアウトを決定できる。さらに投写型映像表示装置がセット内部の画面水平方向片側（スクリーン中央より片側）に配置できるので他方の空いた空間に電源や信号基板等のシャーシを纏めて配置できコンパクトなセットが実現できる。
【００４１】
図６は第１レンズ群と第２レンズ群の間に配置した光路折り返し手段２６として全反射ミラーを使用した場合の実施例を示している。同図において図５に示した構成部品と同一の作用を有するものには同一符号を付し、個々の構成部品の作用は図５に示した実施例と同じであるため説明は割愛する。
【００４２】
図１及び図２に示した本発明の投写型カラー映像表示装置においては、第２レンズ群２４の光軸２１を第１レンズ群２２の光軸３１に対して、例えばＹＺ平面において略Ｙ軸の正方向（図２では図紙面下側方向）に偏心させる。これにより、図２に示したスクリーン下端から底面までの距離が短いコンパクトなセットが実現できる。
【００４３】
さらに、第２レンズ群２４の光軸２１を第１レンズ群２２の光軸３１に対して、例えばＹＺ平面においてＺ軸方向に偏心させることで、第２レンズ群をスクリーン画面中央に配置する必要がなくなる。これにより、セット内部のレイアウトの自由度が増すのでよりコンパクトなセットが実現できる。
【００４４】
一方、透過型液晶パネルの有効画面サイズが変わっても、照明光学系の一部の変更と、第１レンズ群のみ変更するだけで、同一のフォルムのセットにそのまま適用可能となるのでセットの開発効率が優れた投写光学ユニットが実現できる。
【００４５】
第１レンズ群２２により得られる拡大像の倍率は、使用する映像表示素子の有効画面サイズにより異なるが２倍から７倍程度がよい。第１レンズ群から結像位置までの距離を最適な範囲内に抑え、かつ第１及び第２レンズ群のレンズ外形を製造可能な範囲とするためには、２倍から５倍以内にすると更に良い。
【００４６】
また、図５及び図６に示す本発明の実施例において、第２レンズ群２４の光軸を第１レンズ群２２の光軸に対してＹＺ平面上に偏心させ、この偏心量を適宜選択する。こうすることで、たとえば図１に示す透過型スクリーン６に対する投写レンズ光軸の偏心量を任意に変更できる。従って、同一画面サイズでもセットのフォルムを自由に変更でき、デザインの自由度が大幅に向上する。
【００４７】
図３及び図４に示した背面投写型カラー映像表示装置に用いた本発明における投写型映像表示装置の投写光学ユニットの構成は図５に示した第１の実施例に対して正の屈折力を有する第１レンズ群２２およびフィールドレンズ２３を内臓した第１レンズ鏡筒３がＹ軸方向に合せて配置されかつ、正の屈折力を有する第２レンズ鏡筒２に内蔵されている第２レンズ群２４の光軸がＸ軸方向と一致している。その他の構成部品は第１の実施例と同一であり説明は割愛する。
【００４８】
図７は本発明の投写光学系を用いた背面投写型カラー映像表示装置の構造上の特徴を説明するために用いるセットの正面図である。図９は前記した第１の実施例に用いた本発明の投写型映像表示装置において、映像表示素子として透過型液晶パネルを用いた場合の照明光学系を示す配置図である。
【００４９】
白色光源であるランプ管球３０から放射された白色光束は、リフレクタ３１により反射され、所望の光束となって防爆ガラス３３を通過する。この光束は、フライアイレンズ３４により分割され、偏光ビームスプリッタ３５により単一偏光される。この単一偏光となった分割光束は、対向した位置に配置されたフライアイレンズ３６とフィールドレンズ３７により液晶パネル（Ｇ）５１，液晶パネル（Ｂ）５２，液晶パネル（Ｒ）５３上に、拡大投写されるとともに重ね合わされる。このためパネルに入射する光束のエネルギー分布が均一化される。また、白色光束は、光路に配置されたダイクロイックミラー３８により赤色光束とシアン光束に分離される。赤色映像光の色度はダイクロイックミラー３８の分光反射特性とレンズ５３´に設けたトリミングフィルターの分光反射特性により色純度を向上させる。
【００５０】
さらにダイクロイックミラー３９は緑色領域の光を反射する特性を有している。またレンズ５１´には赤色と同様にトリミングフィルターが用いられている。最後に残された青色光束は例えばミラー４１、ミラー４２又はレンズ５２´に設けられたダイクロイックミラーの特性により分光される。短波長側はＵＶカットフィルターを設けたフライアイレンズ３４とレンズ４４によりカットされる。
【００５１】
以上が映像表示素子として透過型液晶パネルを使用した場合の本発明の照明光学系における色分離部の説明である。前述した技術手段により赤、緑、青に分離された色光束は、それぞれに対応する透過型液晶パネル５３，５１，５２に入射し映像信号の振幅に合わせて出射する光束量（光量）が変調される。変調されたそれぞれの色の光束は、クロスプリズム２７により合成され、投写光学ユニット２１０によりスクリーン上に拡大投影される。前記白色光源には、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプのいずれを用いても良い。
【００５２】
以上、本発明の照明光学系について透過型液晶パネルを用いた場合について説明したが、映像表示素子として反射形液晶パネルを用いる場合においても、映像が合成されたあとにおいては、本発明の投写光学ユニットが適用可能であることは言うまでもない。
【００５３】
本発明の投写光学ユニットは、前述したように、少なくとも２群以上のレンズ群から構成される。フィールドレンズ群の位置は、光路折り返し手段に対して第２レンズ群側でも第１レンズ群側でも配置できるのでレイアウトの自由度が大きい。但し、フィールドレンズを光路折り返し手段より第２レンズ群側に配置すると、フィールドレンズ群と第２レンズ群を構成する個々のレンズの口径が大きくなりコストアップにつながる。また、フィールドレンズのレンズ面が第１レンズ群の結像面に近いので、フィールドレンズのレンズ表面にゴミが付着した場合には最終的にスクリーン拡大映像の画質を損なう可能性が生じる。よって、このような場合は、設計上、注意が必要となる。
【００５４】
上述したように、本発明の投写光学ユニットは、少なくとも２つ以上のレンズ群からなり、図５または図６に示すように映像表示素子である透過型液晶パネルと第１レンズ群２２の間には色合成用のクロスプリズム２７が存在するため、必然的に第１レンズ群はレトロフォーカスタイプとなる。さらに、照明光学系の光束がほぼ平行であることからテレセントリックな光学系で、この第１レンズ群２２の拡大像はフィールドレンズ群２３の近傍に結像する。
【００５５】
本発明の投写光学ユニットのうち、第１レンズ群２２の実施例１として、レンズ構成を図１１に、光線追跡図を図１２に、レンズデータを図１３に示す。また実施例１の収差図を図１４に、歪曲収差を図１５に、スポット図を図１６に示す。
図１３の２面から３面がクロスプリズム２７（図５及び図６）であり、第１レンズ群２２は３面から２１面でフィールドレンズ２３は２２から２５面であり、第１次結像面で結像し図５、６においてはＩＭＧと表記している。２４面から２５面は非球面であり、下記数１の非球面式で表さる。また、数１中の各係数の値は図中に併記してある。
【００５６】
【数１】
2005195830.tif 000003
【００５７】
図１４から１６は、本発明の投写光学ユニットの実施例として示した第１レンズ群による結像性能を示しており、物面であるパネルサイズを０．７インチ，アスペクト比１６：９とした場合における結像面（ＩＭＧ）での収差図、歪曲収差、スポット図である。青色光として波長４５０ｎｍ光線、緑色光として波長５４５ｎｍの光線、赤色光として波長６２５ｎｍの光線を重ね合わせて評価している。スポットサイズで５０μｍ程度に収束されており、また歪曲収差も０．１％以下となっており、良好な性能が得られている。
【００５８】
図１７から図２８に第１レンズ群２２の実施例２、３を実施例1と同様に示す。実施例１と同様に、スポットサイズで５０μｍ程度に収束されており、また歪曲収差も０．１％以下となっており、良好な性能が得られている。
【００５９】
次に、超広角な本発明の投写光学ユニットのうち第２レンズ群２４の実施例１として、レンズ構成を図２９に、光線追跡図を図３０に、レンズデータを図３１に示す。また実施例１の収差図を図３２に、歪曲収差を図３３に、スポット図を図３４に示す。図３１の１面から２７面が第２レンズ群であり、２８面は第２レンズ群の結像面で、スクリーンとなる。
【００６０】
第２レンズ群２４のうち、３面から４面、４面から５面、１６面から１７面、１８面から１９面、２６面から２７面でプラスチック非球面レンズを使用している。通常、照明光学系のＦ値に合わせて第１レンズ群のＦ値を決定するが、本発明の実施例における第１レンズ群のＦ値は３．０である。また投写倍率が３倍であるため、第２レンズ群のＦ値は９．０でも充分な光束を取り込むことが可能となる。また第２レンズ群のＦ値を９．０と大きくできるので、５０インチ投写時での最終面（２７面）からスクリーン面までの間隔（投写距離）は３６０ｍｍであり画角は１３１度と超広角な投写光学ユニットが実現できる。
また、第２レンズ群２４の実施例２を実施例１と同様に図３５から図４０に示す。
【００６１】
図３２から３４、図３８から図４０は、物面を２．１インチ，アスペクト比１６：９としてさらに偏心量を１：１として物面を大きくした場合のスクリーン面での性能である。青色光として波長４５０ｎｍ光線、緑色光として波長５４５ｎｍの光線、赤色光として波長６２５ｎｍの光線を重ね合わせて評価している。スポットは１．８ｍｍ程度、歪曲収差は０．１％以内となっており、良好な性能が得られている。
【００６２】
図３１、３７より本発明の投写レンズ装置を使用した背面投写型映像表示装置では、投写レンズ装置が超短投写であるため、筐体部分のマージン等を考慮しても、装置の奥行きＤ（インチ）は、透過型スクリーン対角寸法ＳＳに対して下記条件の様に出来、セットのコンパクト化が図れる。
【００６３】
Ｄ≦ＳＳ／３．０  (インチ)
図１０に、図３で示した実施例の背面投写型映像表示装置の上面図である。本発明による投写レンズ装置は超広角である為、スクリーン側からセット背面に向けてセットの外形を絞り込むことができ、絞り角度θを下記の様な条件で満足する。
【００６４】
（Ｌｓ＋ＳＳ×２５．４）／１４＜θ
但し、Ｌｓ＝Ｗ−Ｓｗ（ｍｍ）
Ｗ：筐体横幅（水平方向）寸法（ｍｍ）
Ｓｗ：透過型スクリーン横幅（水平方向）寸法（ｍｍ）
θ：筐体外形絞り角度
上記条件を満足することで、セット横方向から見ても、セットの背面部分が見えず、奥行き感を感じさせない形状にすることが出来る。
【００６５】
なお、本発明による投写光学ユニットは、背面投写型映像表示装置に限定されるものではなく、スクリーンの前面から投写する前面投写型映像表示装置に適用できるのは、いうまでもないことである。
【００６６】
以上の通り、本発明の投写光学ユニットによれば、高倍率化してもセットのコンパクト化に必要な超広画角化とハイフォーカス化が両立できる。また使用する映像表示素子の有効画面サイズが変わっても投写光学ユニットの一部を変更することで対応が可能となるので、これを採用した映像表示装置や背面投写型映像表示装置では、セットのサイズ展開、映像表示素子の有効表示領域の変更に伴う機種展開に対する開発コストを低減できるという従来にない大きなメリットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施形態である背面投写型映像表示装置の正面図。
【図２】本発明の実施形態である背面投写型映像表示装置の側面図。
【図３】本発明の実施形態である背面投写型映像表示装置の正面図。
【図４】本発明の実施形態である背面投写型映像表示装置の側面図。
【図５】本発明の実施形態である投写光学ユニットの構成を説明するための図。
【図６】本発明の実施形態である投写光学ユニットの構成を説明するための図。
【図７】従来技術による背面投写型映像表示装置の正面図。
【図８】従来技術による背面投写型カラー映像表示装置の側面図。
【図９】本発明の実施形態である投写型映像表示装置の照明光学系を示す配置図。
【図１０】本発明の実施形態である背面投写型映像表示装置の上面図。
【図１１】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群のレンズ配置を示す図
【図１２】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群に対する光線追跡結果を示す図。
【図１３】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群のレンズデータを示す図。
【図１４】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面での収差図。
【図１５】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面での歪曲収差図。
【図１６】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面でのスポット形状を示す特性図。
【図１７】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群のレンズ配置を示す図。
【図１８】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群に対する光線追跡結果を示す図。
【図１９】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群のレンズデータを示す図。
【図２０】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面での収差図。
【図２１】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面での歪曲収差図
【図２２】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面でのスポット形状を示す特性図。
【図２３】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群のレンズ配置を示す図。
【図２４】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群に対する光線追跡結果を示す図。
【図２５】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群のレンズデータを示す図。
【図２６】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面での収差図。
【図２７】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面での歪曲収差図。
【図２８】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面でのスポット形状を示す特性図。
【図２９】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群のレンズ配置を示す図。
【図３０】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群に対する光線追跡結果を示す図。
【図３１】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群のレンズデータを示す図。
【図３２】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面での収差図。
【図３３】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面での歪曲収差図。
【図３４】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面でのスポット形状を示す特性図。
【図３５】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群のレンズ配置を示す図。
【図３６】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群に対する光線追跡結果を示す図。
【図３７】本発明の第一の実施形態である投写光学系の第１レンズ群のレンズデータを示す図。
【図３８】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面での収差図。
【図３９】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面での歪曲収差図。
【図４０】本発明の一実施形態である投写光学系の第１レンズ群による結像面でのスポット形状を示す特性図。
【符号の説明】
【００６８】
SS…画面サイズ（インチ）、Ｄ…奥行き（インチ）、Ｌ…スクリーン下端から筐体下端までの距離、Ｈ…スクリーン中心高さ、ＬＬ…投写レンズの投写距離、５，１５…筺体、６，１６…スクリーン、７…バックカバー、１７…光路折り返しミラー、４，１４…光学エンジン全体，３…第１レンズ群を含む鏡筒部、２…第２レンズ群を含む鏡筒部、８，８ａ，８ｂ…信号・電源回路等、９…セット外枠、１２…投写レンズ、１…照明系部分、２２…第１レンズ群、２４…第２レンズ群、２３…フィールドレンズ群、２５…光路折り返し手段、２６…光路折り返しミラー、３０…白色光源（ランプ管球），３１…リフレクタ，３３…防爆ガラス，３４，３６…フライアイレンズ，３７…コンデンサレンズ、４４，４５…フィールドレンズ，５１…液晶パネル（Ｇ），５２…液晶パネル（Ｂ），５３…液晶パネル（Ｒ），３８…ダイクロイックミラー（赤色光束とシアン色光束に分離）、３９…ダイクロイックミラー（緑色領域の光を反射），４１，４２，４３…光路折り返しミラー，５１´，５２´，５３`…レンズ，２７…ダイクロイックプリズム，２１０…投写光学系、３５…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
【図１】
2005195830.tif 000004
【図２】
2005195830.tif 000005
【図３】
2005195830.tif 000006
【図４】
2005195830.tif 000007
【図５】
2005195830.tif 000008
【図６】
2005195830.tif 000009
【図７】
2005195830.tif 000010
【図８】
2005195830.tif 000011
【図９】
2005195830.tif 000012
【図１０】
2005195830.tif 000013
【図１１】
2005195830.tif 000014
【図１２】
2005195830.tif 000015
【図１３】
2005195830.tif 000016
【図１４】
2005195830.tif 000017
【図１５】
2005195830.tif 000018
【図１６】
2005195830.tif 000019
【図１７】
2005195830.tif 000020
【図１８】
2005195830.tif 000021
【図１９】
2005195830.tif 000022
【図２０】
2005195830.tif 000023
【図２１】
2005195830.tif 000024
【図２２】
2005195830.tif 000025
【図２３】
2005195830.tif 000026
【図２４】
2005195830.tif 000027
【図２５】
2005195830.tif 000028
【図２６】
2005195830.tif 000029
【図２７】
2005195830.tif 000030
【図２８】
2005195830.tif 000031
【図２９】
2005195830.tif 000032
【図３０】
2005195830.tif 000033
【図３１】
2005195830.tif 000034
【図３２】
2005195830.tif 000035
【図３３】
2005195830.tif 000036
【図３４】
2005195830.tif 000037
【図３５】
2005195830.tif 000038
【図３６】
2005195830.tif 000039
【図３７】
2005195830.tif 000040
【図３８】
2005195830.tif 000041
【図３９】
2005195830.tif 000042
【図４０】
2005195830.tif 000043