JP2004347872A

JP2004347872A - リアプロジェクション装置

Info

Publication number: JP2004347872A
Application number: JP2003145032A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Shimizu; 清水　　仁
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09
Also published as: CN1573518A; US7021769B2; US20040233396A1

Abstract

【課題】リアプロジェクション装置の薄型化を図る。
【解決手段】光源装置１４は、垂直方向よりも水平方向に長いスクリーンに対して、照明光を水平方向に出射するように配置されている。３枚の液晶表示素子５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒは、長方形をした液晶表示画面を有し、互いの液晶表示画面の長辺が平行となった縦長姿勢に配置されるとともに、基準面Ｐ０に対して全ての長辺が垂直になっている。投影光学系２２内には、光路を９０度曲げる折り曲げミラーが設けられ、この折り曲げミラーとスクリーンの背後に設けられる平面鏡とによって投影光を９０度回転させる回転光学系が構成される。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の画像表示素子を用いてスクリーンの裏面から画像を投影するリアプロジェクション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大画面表示デバイスとして、リアプロジェクションテレビが注目されている。リアプロジェクションテレビは、筐体に組み込まれたスクリーンと、スクリーンの背後に設置された平面鏡と、平面鏡に向けて投影光を投射する光学エンジン（プロジェクタ本体）とから構成されている。光学エンジンには、高輝度光源の光から均一照明光をつくる照明光学系と、照明光を変調して原画像を形成する画像表示素子と、画像表示素子によって画像情報が与えられた投影光を拡大投射する投影光学系とが設けられている。
【０００３】
光学エンジンは、平面鏡に向けて投影光を上方に投射する位置に設けられることが一般的であり、平面鏡はスクリーンに対しその背後で傾斜して設置される。リアプロジェクションテレビでは、平面鏡の傾斜角を４５度に設置するよりも、スクリーン面と平行に近い向きに立てて傾斜を抑えて設置する方が筐体の奥行き寸法を小さくできる。このため、光学エンジンは、平面鏡と正対して投影光を斜め上方に投射する向きに内蔵される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４１０２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のリアプロジェクション装置は、照明光の出射方向と投影光の出射方向を平行にした光学エンジンが用いられているため、厚み方向に寸法が大きくなるという問題がある。例えば、２枚の平面鏡を用いて光路をＺ字状にしてスクリーンに投影光を導くために、従来の光学エンジンを水平設置する場合、平面鏡の傾斜を抑えても、光学エンジンの全長が大きいために筐体の厚み寸法を余分に確保する必要が生じてくる。
【０００６】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、光学エンジンを収納効率よく配置できるリアプロジェクション装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、スクリーンに対して平行な方向に照明光を出射する光源と、照明光を色分離する色分離光学系と、長方形をした表示画面を有する複数の画像表示素子と、前記画像表示素子から出射された画像情報を有する各色投影光を合成する色合成光学系と、色合成された投影光を拡大投射する投影光学系と、前記投影光の光路を曲げる反射面が形成された反射光学素子と、前記反射光学素子と前記スクリーンとの間に配置され、前記投影光学系から投射された投影光をスクリーンに向けて反射させる平面鏡とを備え、前記複数の画像表示素子は、各表示画面の長辺が、前記色分離光学系及び色合成光学系内における照明光及び投影光の進路に平行な標準面に対して垂直となる姿勢に配置され、前記反射光学素子は、その反射面に対する投影光の入射方向と出射方向とを含む面が、前記平面鏡に対する投影光の入射方向と出射方向とを含む面に対して垂直となる姿勢に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載のリアプロジェクション装置は、前記光源、色分離光学系、画像表示素子、色合成光学系、投影光学系は一体に組み付けられて略直方体形状をしたユニット体が構成されており、長方形状をした前記スクリーンの長辺に対して、前記ユニット体がその長手方向を平行にして配置されていることを特徴とし、光学エンジンをその長手方向を軸として回転させるだけで投影光の仰角が変えられるようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１において、リアプロジェクション装置２は、筐体３の前面に設けられたスクリーン４と、スクリーン４の背後に設けられた平面鏡５と、光学エンジン６を備えている。平面鏡５は、斜め４５度よりもスクリーン４と平行に近い姿勢に傾斜して取り付けられている。光学エンジン６は、内蔵された投影レンズの光軸がスクリーン４に対して傾斜して組み込まれており、光学エンジン６から出射される投影光は斜め上方に投射され、平面鏡５を反射してスクリーン４上に画像を投影させる。スクリーン４の裏面には、左右の反転した投影画像が映し出され、スクリーン４の表側では投影画像が正しい向きで観察される。
【００１０】
図２において、スクリーン４は、水平方向の長辺と垂直方向の短辺とを有する横長の長方形状をしている。平面鏡５は、スクリーン４の長辺と平行な軸を基準として上辺をスクリーン４に近づけた姿勢に傾斜しており、筐体３の厚み方向の寸法が小さくなるようにスクリーン面に対して傾斜が半直角以下となるように配置されている。
【００１１】
図３において、光学エンジン６は、光学エンジン本体７と光源収納部８とからなる。光源収納部８は、光源冷却用の送風ファン９と排気口１０とを備え、その内部には高輝度照明光を発する光源装置が収納されている。光学エンジン本体７は矩形筒状をしており、光源収納部８に連接した照明光路が設けられるとともに、色分離・合成光学系と投影光学系とが収納されてユニット化されている。回路基板１１には、外部から入力される画像信号に基づいて、後述する反射型液晶表示素子を駆動させるためのドライバ回路等が設けられている。
【００１２】
図４において、光源収納部８に収納された光源装置１４には、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプなどの高輝度光源が用途に応じて使用される。光源装置１４から出射された光は、スクリーン４の長辺と平行な照明光路に配置された照明光学系を透過して強度の均一な照明光となる。照明光学系は、フライアイレンズや偏光変換素子、コンデンサレンズなどを備えている。
【００１３】
ダイクロイックミラー１５は、白色照明光を青色照明光とイエロー照明光とに分離する。青色照明光はダイクロイックミラー１５を透過して直進し、イエロー照明光はダイクロイックミラー１５を反射して直角方向に進行する。偏光プリズム１６は、青色照明光の進行方向に対して４５度に傾斜した偏光反射面５０ａを有し、ダイクロイックミラー１５を透過した青色照明光を液晶表示素子５０Ｂに向けて反射するとともに、液晶表示素子５０Ｂを反射した画像情報を有する青色投影光を透過させる。
【００１４】
ダイクロイックプリズム１７は、ダイクロイックミラー１５を反射したイエロー照明光を赤色照明光と緑色照明光とに分離するダイクロイック面１７ａを有する。液晶表示素子５０Ｇは、ダイクロイック面１７ａを反射した緑色照明光を画像情報を有する緑色投影光に変調する。液晶表示素子５０Ｒは、ダイクロイック面１７ａを透過した赤色照明光を画像情報を有する赤色投影光に変調する。液晶表示素子５０Ｇから出射された緑色投影光は、ダイクロイック面１７ａを透過して直進し、液晶表示素子５０Ｒから出射された赤色投影光は、ダイクロイック面１７ａを反射して直角方向に進行して二色の投影光が合成される。
【００１５】
プリズム保持枠２０には、上述した液晶表示素子５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒと、ＲＧＢ各色の投影光を色合成する合成プリズム２１をレンズ間に配置した投影光学系２２とが組み付けられている。合成プリズム２１は偏光プリズム１６から入射した青色投影光と、ダイクロイックプリズム１７から入射した赤色・緑色投影光を、フルカラーの画像情報を有する投影光として合成する。
【００１６】
液晶表示素子５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒは、多数の液晶画素がマトリクス状に配列されて構成され、各色照明光を画素ごとに変調し、照明光に画像情報を付与する。３枚の液晶表示素子により、各色の照明光は画像情報を有する投影光に変調される。各液晶表示素子は、例えば１６対９のアスペクト比を有する長方形状の表示画面を有しており、互いの表示画面の長辺が平行となる縦長姿勢で配置されている。また、光源装置１４から出射された照明光が合成プリズム２１を経てフルカラーの画像情報を有する投影光となるまでに進行する光路と平行な基準面Ｐ０に対し、各液晶表示素子の長辺が垂直である。
【００１７】
偏光プリズム１６，ダイクロイックプリズム１７，合成プリズム２１は、各液晶表示素子が縦長姿勢で配置されていることにより、一辺の長さが液晶表示画面の短辺の長さに対応した長さである正方形の底面と、画面の長辺の長さに対応した高さとを有する直方体形状をしている。本実施形態において、各液晶表示素子は、その表示画面が１６対９のアスペクト比の画像を表示する大きさを有しており、各液晶表示素子を表示画面の互いの短辺が平行となる横長姿勢に配置した場合と比較したとき、各プリズムの体積比は（９^２・１６）対（１６^２・９）となる。すなわち、本実施形態の姿勢で液晶表示素子を配置する方がプリズムの大きさを９／１６倍程度に小さくできる。
【００１８】
図５において、投影光学系２２は、合成プリズム２１よりも拡大側に設けられた前群光学系と、合成プリズム２１に対して縮小側に設けられた後群レンズとからなる。前群光学系は、拡大側の第１前群レンズ２８と、平坦な反射面を有する折り曲げミラー２９と、縮小側の第２前群レンズ３０とからなる。後群レンズは、青色投影光の光路上に設けられた第１後群レンズ３１と、赤色投影光と緑色投影光の光路上に設けられた第２後群レンズ３２とからなる。各液晶表示素子によって形成される画像は、前群光学系と後群レンズとによってスクリーン上で結像投影される。
【００１９】
折り曲げミラー２９は、第１前群レンズ２８と第２前群レンズ３０の間で斜め４５度に傾いて配置されており、第１前群レンズ２８と第２前群レンズ３０は、折り曲げミラー２９の反射面上で互いの光軸が直交している。なお、折り曲げミラー２９の代わりに、斜面に反射膜を形成した直角プリズムを用いることもできる。合成プリズム２１から出射された投影光は、折り曲げミラー２９により進行方向が９０度変換される。
【００２０】
図６において、折り曲げミラー２９の傾斜姿勢を特定するために、折り曲げミラー２９の反射面２９ａに対して傾斜基準軸２９ｂを定義し、折り曲げミラー２９は、反射面２９ａを傾斜基準軸２９ｂの回りに回転させたときの姿勢に配置されているとする。この傾斜基準軸２９ｂは、第１前群レンズ２８と第２前群レンズ３０の各光軸２８ａ，３０ａと垂直であり、つまりは、反射面２９ａに対する投影光の入射光路及び反射光路と垂直をなす軸線となる。これに対し、平面鏡５は、傾斜基準軸２９ｂとのなす角を９０度とするねじれの位置関係にある傾斜基準軸５ａを中心に反射面５ｂを回転させたときの姿勢に傾斜して配置されていることになる。折り曲げミラー２９と平面鏡５とが組み合わされることで投影光を９０度回転させる像回転光学系が構成される。
【００２１】
縦長姿勢に配置された液晶表示素子５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒより出射された投影光は、投影光学系２２内で折り曲げミラー２９によって光路が９０度曲げられた後、平面鏡５でスクリーン４に向けて反射され、横長の長方形状をしたスクリーン４上で横長画像として結像される。光学エンジン６は、光源収納部８から第１前群レンズ２８に至る長手方向がスクリーン面と平行であるため、平面鏡５の大きさと傾斜角度によって決まるリアプロジェクション装置２の奥行き寸法内に十分収まる姿勢に配置される。
【００２２】
図７において、平面鏡５と折り曲げミラー２９とによって構成される像回転光学系では、色合成プリズム２１から折り曲げミラー２９に入射する軸上光線の進行方向と、折り曲げミラー２９から出射される軸上光線の進行方向とが図中に示す平面Ｐ１内に含まれる。また、折り曲げミラー２９から出射して平面鏡５に向かう軸上光線と、平面鏡５を反射した軸上光線とが図中に示す平面Ｐ２内を進行する。平面Ｐ１と平面Ｐ２は互いに直交する面であり、平面Ｐ２は基準面Ｐ０と直交する。平面鏡５の傾斜角度を変えた場合、投影光の進行方向は平面Ｐ２内で変化し、これに対応して光学エンジン６をその長手方向を軸として回転させた姿勢にしても、光源装置１４の姿勢は変化しない。
【００２３】
なお、上記実施形態では、折り曲げミラー２９を投影光学系内に配置してミラーサイズを小さくするようにしているが、投影光学系のスクリーン側の位置や色合成プリズムと投影光学系の間の位置で光学エンジンの内部に設けたり、光学エンジンの外部に設けてもよい。また、本発明を実施するにあたり、例えば光学エンジンとスクリーンの間に平面鏡を複数枚設け、投影距離を大きく確保して画像の投影倍率を高くしてもよい。この場合、光学エンジンをその長手方向に平行な軸の回りで回転させたときの姿勢に変えるだけで、水平面に対する投影光の仰角を変更でき、光学エンジンはその組み込み姿勢を変えるだけで同じ構成のものを汎用的に使用できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光学エンジンの長手方向がスクリーン面と平行になり、スクリーンの背後に設置される平面鏡の傾斜角度を抑えても、光学エンジンが筐体の奥行き寸法以上に突出することがなく、リアプロジェクション装置を薄型化することが可能となる。また、長方形画面を有する複数の画像表示素子が縦長姿勢に配置され、色分離・合成用の光学部品を小さくでき、コストダウンや軽量化の点で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リアプロジェクション装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】リアプロジェクション装置内の主要部品の配置を示す斜視図である。
【図３】光学エンジンの外観を示す斜視図である。
【図４】光学エンジンの内部構成を示す斜視図である。
【図５】三色分離・合成光学系と投影光学系を示す斜視図である。
【図６】像回転光学系を示す斜視図である。
【図７】折り曲げミラーと平面鏡を反射する光線の進行方向を示す説明図である。
【符号の説明】
２リアプロジェクション装置
３筐体
４スクリーン
５平面鏡
６光学エンジン
１４光源装置
２２投影光学系
２９折り曲げミラー
５０Ｂ液晶表示素子
５０Ｇ液晶表示素子
５０Ｒ液晶表示素子

Claims

スクリーンの裏面から画像を投影し、スクリーンの表面から画像が観察されるリアプロジェクション装置において、
スクリーン面と平行な方向に照明光を出射する光源と、照明光を色分離する色分離光学系と、長方形をした表示画面を有する複数の画像表示素子と、前記画像表示素子から出射された画像情報を有する各色の投影光を合成する色合成光学系と、色合成された投影光を拡大投射する投影光学系と、前記投影光の光路を曲げる反射面が形成された反射光学素子と、前記反射光学素子と前記スクリーンとの間に配置され、前記投影光学系から投射された投影光をスクリーンに向けて反射させる平面鏡とを備え、
前記複数の画像表示素子は、各表示画面の長辺が、前記色分離光学系及び色合成光学系内における照明光及び投影光の進路と平行な基準平面に対して垂直となる姿勢に配置され、
前記反射光学素子は、その反射面に対する投影光の入射光軸方向と出射光軸方向とを含む面が、前記平面鏡に対する投影光の入射光軸方向と出射光軸方向とを含む面に対して垂直となる姿勢に配置されていることを特徴とするリアプロジェクション装置。
前記光源、色分離光学系、画像表示素子、色合成光学系、投影光学系は一体に組み付けられて略直方体形状をしたユニット体が構成されており、長方形状をした前記スクリーンの長辺に対して、前記ユニット体がその長手方向を平行にして配置されていることを特徴とする請求項１記載のリアプロジェクション装置。