JP2005084575A - Rear projection display device - Google Patents

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Katsumi Kurematsu
榑松  克巳
Yoshiaki Kurioka
栗岡  善昭
Takayuki Ishii
石井  隆之
Toshihiro Sunaga
須永  敏弘
Sawako Fukui
佐和子 福井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the drawback that the height of a projector is unavoidably and considerably higher than the display screen height on the screen. <P>SOLUTION: In a display device having three image display panels and a projection system which includes a lightning system for lighting the three image display panels, a refractive optical element, two free curved surface mirrors, and a plane mirror and which obliquely projects the lights from the three image display panels to the screen, among the optical paths in which the light rays of the central luminous fluxes emitted from the centers of the three image display panels to the center of the screen, the optical path in the projection system and from the projection system to the screen is not included within one plane. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は斜め投射により装置の超薄型化を図ったリアプロジェクション表示装置に関するものである。   The present invention relates to a rear projection display device in which the device is made ultra thin by oblique projection.

従来、この種の装置としては例えばWO97/01787号等が開示されている。その投影光学系構成の1例を図8に示す。本件は3枚の共軸非球面反射ミラー(図中12、13、14)と1枚の垂直配置平面ミラー(図中5)にてスクリーン16に対し画像表示パネル11の画像を台形歪み無く斜め投影するものであった。
国際公開特許WO97/01787号公報
Conventionally, for example, WO97 / 01787 has been disclosed as this type of apparatus. An example of the configuration of the projection optical system is shown in FIG. In this case, the image on the image display panel 11 is tilted with respect to the screen 16 without trapezoidal distortion by three coaxial aspherical reflecting mirrors (12, 13, 14 in the figure) and one vertically arranged flat mirror (5 in the figure). It was something to project.
International Patent Publication No. WO97 / 01787

しかしながら当該従来例においては、そのトレース検討の結果、対角60”(1524mm)投影において、光学系全高は約120cm(図5中のH)になり、装置にした場合の全高もスクリーン面上表示高さに比べてかなり高くなってしまう欠点を有していると判明した。   However, in the conventional example, as a result of the examination of the trace, the total height of the optical system is about 120 cm (H in FIG. 5) in the diagonal 60 ″ (1524 mm) projection, and the total height when the device is used is also displayed on the screen surface. It has been found that it has the disadvantage of becoming considerably higher than the height.

このトレース検討結果を表1のレンズデータと図5の光線追跡図に示す。さらにこのトレース検討では開口NA=0.08にて、投影像最大歪みが2.1%(台形歪み)、投影像平均MTF(於1Lp/mm)は30%であった。尚、この際の画像表示パネル表示サイズは対角34mm、アスペクト16:9、スクリーン上拡大表示サイズは対角60”(1524mm)とした。   The trace examination results are shown in the lens data of Table 1 and the ray tracing diagram of FIG. Further, in this trace examination, the maximum distortion of the projected image was 2.1% (trapezoidal distortion) and the projected image average MTF (at 1 Lp / mm) was 30% at the aperture NA = 0.08. In this case, the display size of the image display panel is 34 mm diagonal, the aspect 16: 9, and the enlarged display size on the screen is 60 ″ (1524 mm) diagonal.

Figure 2005084575
Figure 2005084575

尚、上記表1のデータで面間隔dは画像表示パネルからの光束が曲面反射ミラーにて反射してその伝播方向を反転する毎にその符号も反転させている。また曲率径rは+が凹面、−が凸面であることを表している。   In the data of Table 1, the surface distance d is reversed every time the light beam from the image display panel is reflected by the curved reflecting mirror and its propagation direction is reversed. Further, the radius of curvature r indicates that + is a concave surface and − is a convex surface.

上記の課題を解決するために、本発明の表示装置は、
少なくとも1つの画像表示パネルと、該少なくとも1つの画像表示パネルを照明する照明系、少なくとも1枚以上の屈折光学素子と2枚以上の自由曲面ミラーと1枚以上の平面ミラーを有し、前記少なくとも1つの画像表示パネルからの光をスクリーンに斜め投影する投影系とを有する表示装置であって、前記少なくとも1つの画像表示パネルの中心から出射し前記スクリーンの中心に至る光束の中心の光線が通る光路のうち、前記投影系中及び前記投影系から前記スクリーンに至る光路が1つの平面内に収まらないことを特徴としている。ここで、「前記少なくとも1つの画像表示パネルの中心から出射し前記スクリーンの中心に至る光束の中心の光線が通る光路」は、前記少なくとも1つの画像表示パネルの中心と前記投影系の絞りの中心を通る光線であっても良いし、前記投影系の絞りと前記スクリーンの中心とを通る光線であっても良い。
In order to solve the above-described problems, the display device of the present invention includes:
At least one image display panel, an illumination system that illuminates the at least one image display panel, at least one refractive optical element, two or more free-form surface mirrors, and one or more plane mirrors, A display device having a projection system that obliquely projects light from one image display panel onto a screen, and a light beam at the center of a light beam that exits from the center of the at least one image display panel and reaches the center of the screen passes through the display device. Among the optical paths, an optical path in the projection system and from the projection system to the screen does not fit in one plane. Here, “the optical path through which the light beam at the center of the light beam that is emitted from the center of the at least one image display panel and reaches the center of the screen” is the center of the at least one image display panel and the center of the stop of the projection system. Or a light beam passing through the aperture of the projection system and the center of the screen.

また、少なくとも1つの画像表示パネルと、該少なくとも1つの画像表示パネルを照明する照明系、少なくとも1枚以上の屈折光学素子と2枚以上の自由曲面ミラーと1枚以上の平面ミラーを含む複数の光学素子を有し、前記少なくとも1つの画像表示パネルからの光をスクリーンに斜め投影する投影系とを有する表示装置であって、前記少なくとも1つの画像表示パネルの中心から出射し前記スクリーンの中心に至る光束の中心の光線の光路を、前記複数の光学素子で複数の光路に区切ったときに、該複数の光路のうち少なくとも1つは他の光路に対してねじれの関係であることを特徴としている。   And a plurality of illumination systems that illuminate the at least one image display panel, at least one refractive optical element, two or more free-form curved mirrors, and one or more plane mirrors. A display device having an optical element and having a projection system that obliquely projects light from the at least one image display panel onto a screen, and is emitted from the center of the at least one image display panel and is centered on the screen When the optical path of the light beam at the center of the reaching light beam is divided into a plurality of optical paths by the plurality of optical elements, at least one of the plurality of optical paths has a twisted relationship with respect to the other optical paths. Yes.

また、少なくとも画像表示パネル、該パネルへの照明系、該パネルとスクリーンとの間の光路中に位置し少なくとも1枚以上のレンズ(屈折光学系)と2枚以上の自由曲面ミラーと1枚以上の平面ミラーを有する投影系とを有し、該画像表示パネルからの出射光が該レンズの屈折透過と該ミラー間の反射を繰り返してスクリーンに到達する際に該スクリーンに該画像パネルの光像が拡大投影されるようにしたことを特徴とする表示装置において、主に平面ミラー及び曲面ミラーによる反射作用により形成される画像表示パネルからスクリーンまでの光路が立体的であり1つの平面内には収まらない構成としたことを特徴としている。   Also, at least an image display panel, an illumination system for the panel, at least one lens (refractive optical system), two or more free-form surface mirrors, and one or more located in the optical path between the panel and the screen A projection system having a plane mirror, and when the light emitted from the image display panel reaches the screen by repeatedly refracting and transmitting the lens and reflecting between the mirrors, the optical image of the image panel is projected onto the screen. In the display device characterized in that the image is enlarged and projected, the optical path from the image display panel to the screen, which is mainly formed by the reflection action of the plane mirror and the curved mirror, is three-dimensional, and within one plane It is characterized by a configuration that does not fit.

ここで、該投影系を構成するレンズからスクリーンまでの光路中に該画像表示パネルの中間像を形成するようにすると良い。また、前記中間像を各ミラー面上またはその近傍以外の位置に形成するようにすると良い。   Here, it is preferable to form an intermediate image of the image display panel in the optical path from the lens constituting the projection system to the screen. The intermediate image may be formed on a position other than the vicinity of each mirror surface.

また、前記投影系を構成するレンズ内またはその近傍位置に入り口開口瞳を設けると共に、該投影系を構成するレンズからスクリーンまでの光路中に該入り口開口の瞳像位置がくるように構成すると好ましい。ここで、前記瞳像を各ミラー面上またはその近傍以外の位置に形成すると良い。   Further, it is preferable that an entrance aperture pupil is provided in or near the lens constituting the projection system, and that the pupil image position of the entrance aperture is in the optical path from the lens constituting the projection system to the screen. . Here, the pupil image may be formed on each mirror surface or at a position other than the vicinity thereof.

また、前記投影系を構成するレンズ(屈折光学系)の焦点距離をf_aとした場合、前記投影光学系全体の焦点距離fに対し、以下の条件式を満たすと尚良い。   Further, when the focal length of the lens (refractive optical system) constituting the projection system is f_a, it is more preferable that the following conditional expression is satisfied with respect to the focal length f of the entire projection optical system.

2<|f_a/f|   2 <| f_a / f |

以上説明したように、本発明では、共軸レンズと数枚の自由曲面ミラーを用いると共にそれらにて形成される光路を立体配置した斜入射投影系をリアプロジェクション表示装置に適応することにより、高画質かつ薄型のみならず著しく低装置高の大画面リアプロジェクション表示装置を提供することが可能となった。   As described above, in the present invention, the oblique projection system using a coaxial lens and several free-form surface mirrors and three-dimensionally arranging the optical paths formed by them is applied to the rear projection display device, thereby achieving high performance. It has become possible to provide a large-screen rear projection display device that has not only high image quality and thinness, but also extremely low device height.

(実施例1)
図1に本発明第1実施例の薄型リアプロジェククション表示装置の斜視図(フレームワーク光線追跡図)、図2にその水平断面構成図(光線追跡図)、図3にその縦断面構成図(光線追跡図)を示す。同図において1はDLP(DMD)等の反射型表示パネル、2は共軸レンズ、4、5はAg蒸着自由曲面ミラー3、6は平面ミラー、7は斜入射用スクリーンである。
(Example 1)
FIG. 1 is a perspective view (framework ray tracing diagram) of a thin rear projection display device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a horizontal sectional configuration diagram (ray tracing diagram), and FIG. Ray tracing diagram). In the figure, 1 is a reflection type display panel such as DLP (DMD), 2 is a coaxial lens, 4 and 5 are Ag deposition free-form surface mirrors 3 and 6 are plane mirrors, and 7 is a screen for oblique incidence.

本図には特に上記以外の部品は記載されていないが、表示パネル1は不図示の照明系により該表示パネル1の斜め上方から照明され、該表示パネル1から反射される画像光は共軸レンズ2に向かう。そしてこの共軸レンズにて所定の屈折作用受けた光束は次に平面ミラー3に向かうが、ここまでの光束の進路は装置横手方向(投影像表示スクリーン面と平行方向)に取られている。次に、この平面ミラー3での反射にて光束は装置手前方向(奥行き方向)にほぼ90°曲げられ、自由曲面ミラー4に向かう。その後は図中の光線線図で図示されるように自由曲面ミラー4、5によって反射されながら進んで行く。そして、自由曲面ミラー5から出射された光束は図示のごとくスクリーン奥つまり装置後ろ側に位置する平面ミラー6にて反射され、その後、斜め下方向から斜め上方向に向かってスクリーン7を照らす。つまり画像光は該スクリーン7に下から斜め投影される。尚、ここでの平面ミラー6はスクリーン7に平行かつ鉛直(本例での座標定義は鉛直方向とは無関係)になるように配置されている。   Although the parts other than the above are not particularly shown in the figure, the display panel 1 is illuminated from an oblique upper side of the display panel 1 by an illumination system (not shown), and the image light reflected from the display panel 1 is coaxial. Head to lens 2. Then, the light beam that has been subjected to a predetermined refraction action by this coaxial lens is directed to the plane mirror 3, and the path of the light beam so far is taken in the lateral direction of the apparatus (the direction parallel to the projected image display screen surface). Next, the light beam is bent by about 90 ° toward the front of the apparatus (depth direction) by the reflection by the plane mirror 3 and heads toward the free-form surface mirror 4. Thereafter, the light advances while being reflected by the free-form curved mirrors 4 and 5 as shown in the ray diagram in the figure. The light beam emitted from the free-form surface mirror 5 is reflected by the plane mirror 6 located at the back of the screen, that is, the rear side of the apparatus as shown in the figure, and then illuminates the screen 7 from the obliquely downward direction to the obliquely upward direction. That is, the image light is obliquely projected onto the screen 7 from below. Here, the plane mirror 6 is arranged so as to be parallel to the screen 7 and vertical (the coordinate definition in this example is independent of the vertical direction).

該投影系は自由曲面ミラー4&5面の光線反射角変調作用と共軸レンズ2の合成による結像作用を有しているが、この結像作用は表示パネル1の矩形画像面を光軸に対して斜めに配置されている(光軸入射角41°)スクリーン7上に拡大矩形投影するものである。そしてこのようにレイアウトされることにより、リアプロジェクションを構成するに際して、その奥行きを大幅に薄くすることが可能になる。因みに、本例によれば、アスペクト比4:3対角43”表示画面で奥行き25cmが可能になると見込まれる。さらに本例では使用自由曲面ミラーは2枚のみであり、該自由曲面ミラー14、15と平面ミラー13、16の並びから形成される光路の折り返しは無駄なく3次元的に装置下部に詰まっており、特に平面ミラー13による横方向への光路折り曲げによる効果により、装置の全高を大幅に低く構成することが可能になり、上記スクリーンサイズにても全高85cm以下が見込まれる。尚、前例で紹介した全高120cmは60”投影(アスペクト16:9)での値であったが、これを本例と同じ投影サイズ&アスペクトに換算しても105cmになってしまう。   The projection system has a light reflection angle modulation action of the free-form mirrors 4 & 5 and an image forming action by combining the coaxial lens 2. This image forming action causes the rectangular image surface of the display panel 1 to move along the optical axis. Are projected in an enlarged rectangular shape on the screen 7 which is arranged obliquely (optical axis incident angle 41 °). With this layout, the depth of the rear projection can be greatly reduced when the rear projection is configured. Incidentally, according to this example, it is expected that a depth of 25 cm is possible on a display screen having an aspect ratio of 4: 3 diagonal 43 ”. Further, in this example, only two free-form curved mirrors are used, Folding of the optical path formed by the arrangement of the mirror 15 and the plane mirrors 13 and 16 is three-dimensionally packed in the lower part of the apparatus without waste. Especially, the overall height of the apparatus is greatly increased by the effect of bending the optical path in the lateral direction by the plane mirror 13 The total height is expected to be 85 cm or less even in the above screen size. The total height of 120 cm introduced in the previous example was a value for 60 ″ projection (aspect 16: 9). Is 105 cm even if converted to the same projection size and aspect as in this example.

ここまで全体的な構成およびメカニズムを説明してきたが、次に共軸レンズ2と自由曲面ミラー4、5からなる投影系にについて説明する。図4に該投影系の部分拡大断面図を示す。ここで示されるように共軸レンズ2は開口21、2つの貼り合せレンズ22&23、2枚の単レンズ24&25から成っている。下記表4に該投影系のレンズデータ(各面曲率半径、各面面間隔、各面偏心量、各面面定義等)を示す。尚、本例での表示パネル表示域サイズは対角12mmアスペクト比4:3、スクリーン上拡大表示サイズは対角43”(1093mm)アスペクト比4:3である。   The overall configuration and mechanism have been described so far. Next, a projection system including the coaxial lens 2 and the free-form surface mirrors 4 and 5 will be described. FIG. 4 shows a partially enlarged sectional view of the projection system. As shown here, the coaxial lens 2 comprises an aperture 21, two bonded lenses 22 & 23, and two single lenses 24 & 25. Table 4 below shows lens data of the projection system (each surface curvature radius, each surface spacing, each surface eccentricity, each surface definition, etc.). The display panel display area size in this example is a diagonal 12 mm aspect ratio 4: 3, and the on-screen enlarged display size is a diagonal 43 ″ (1093 mm) aspect ratio 4: 3.

ここでの座標系については、まず表示パネル1の中心を最初の原点とし、ここと開口21の中心を結ぶ直線を光軸兼z軸とした。この原点から光の出射する向きをz軸+方向とし、y軸はこのz軸に垂直な図3の上方向を+とする軸、x軸はこのz&y軸に垂直な図3の紙面奥方向を+とする軸とした(デカルト座標定義準拠)。共軸レンズのレンズデータについてはこのz軸にそって各面面間隔が設定されるが、ミラー面による反射後は光軸も光軸光線の反射に従ってその方向を変えるため、反射後の光軸光線を新たなz軸とし、反射毎にその向き(符号)が反転するものとした。さらに各自由曲面ミラー面についてはその面形状定義用に入射光軸(z軸)と該ミラー面の交点をローカル原点とするローカル座標を設定した。該ローカル座標でのローカルxyz軸については各自由曲面ミラーが入射光軸(z軸)に対して該ローカル原点を通るローカルx軸を回転軸とするチルト角を有するため、入射光軸に対して該ローカル原点を中心に所定方向(符号)に所定角度チルトした後の軸をローカルz軸とし、該ローカルz軸に対して垂直な図3の上方向を+とする軸をローカルy軸、このz&y軸に垂直な図3の紙面奥方向を+とする軸をローカルx軸とした(デカルト座標定義準拠)。そしてこのローカルxyz軸にて設定される座標を該自由曲面を定義するローカル座標とした。また、前述のチルト角の符号はローカルx軸を回転軸として+y軸方向が+z次軸方向(入射光軸)に近づくようにチルトする方向を+とした。さらにこれら各自由曲面ミラー面の自由曲面形状については該ローカル座標に基づくxy多項式により定義し、その定義式は、
z=C+C+Cy+C10+C11+C13+C15+C17y+C19+C21
+C22+C24+C26+C28
とした。この上式中の各C係数値等を各自由曲面ミラー面形状データとして下記表3に示している。また、y軸を回転軸としてチルトしている面(平面ミラー第1面)については+x軸方向が+z軸方向に近づくようにチルトする方向を+とした。
Regarding the coordinate system here, first, the center of the display panel 1 was set as the initial origin, and a straight line connecting this and the center of the opening 21 was set as the optical axis and z-axis. The direction in which light is emitted from the origin is the z-axis + direction, the y-axis is the axis perpendicular to the z-axis and the upper direction in FIG. 3 is +, and the x-axis is the depth direction in FIG. 3 perpendicular to the z & y-axis. The axis is defined as + (conforms to Cartesian coordinate definition). As for the lens data of the coaxial lens, each surface interval is set along the z-axis. However, after reflection by the mirror surface, the direction of the optical axis also changes in accordance with the reflection of the optical axis, so that the optical axis after reflection. The light beam is assumed to be a new z-axis, and its direction (sign) is reversed for each reflection. Further, for each free-form curved mirror surface, local coordinates having the local origin as the intersection of the incident optical axis (z axis) and the mirror surface are set for defining the surface shape. With respect to the local xyz axis in the local coordinates, each free-form surface mirror has a tilt angle with the local x axis passing through the local origin as a rotation axis with respect to the incident optical axis (z axis). The axis after tilting by a predetermined angle (symbol) in the predetermined direction (symbol) around the local origin is defined as the local z-axis, and the axis perpendicular to the local z-axis and having the upper direction in FIG. The axis in which the depth direction in FIG. 3 perpendicular to the z & y axis is + is the local x axis (based on Cartesian coordinate definition). The coordinates set on the local xyz axis were used as local coordinates defining the free-form surface. Further, the sign of the tilt angle described above is positive in the direction of tilting so that the + y-axis direction approaches the + z-order axis direction (incident optical axis) with the local x-axis as the rotation axis. Further, the free-form surface shape of each free-form surface is defined by an xy polynomial based on the local coordinates,
z = C 4 x 2 + C 6 y 2 + C 8 x 2 y + C 10 y 3 + C 11 x 4 + C 13 x 2 y 2 + C 15 y 4 + C 17 x 4 y + C 19 x 2 y 3 + C 21 y 5
+ C 22 x 6 + C 24 x 4 y 2 + C 26 x 2 y 4 + C 28 y 6
It was. Each C n coefficient value in the above equation is shown in Table 3 below as each free-form curved surface shape data. Further, with respect to the surface tilted with the y-axis as the rotation axis (first surface of the flat mirror), the tilting direction is defined as + so that the + x-axis direction approaches the + z-axis direction.

なお、該反射面にて反射された後の座標系については、次のローカル座標系のz軸極性は光の進行方向に対して反転するものとし、それ以外は前述の座標定義に準拠している。したがって、本件においては該ローカル座標系の定義は反射毎にz軸(光軸)極性が反転し、面間隔dの符号とチルト角の符号が反射毎に反転している。   As for the coordinate system after being reflected by the reflecting surface, the z-axis polarity of the next local coordinate system is reversed with respect to the traveling direction of the light, and otherwise conforms to the coordinate definition described above. Yes. Therefore, in the present case, the definition of the local coordinate system is such that the z-axis (optical axis) polarity is reversed for each reflection, and the sign of the surface interval d and the sign of the tilt angle are reversed for each reflection.

このような面定義に則ったトータル2面の自由曲面ミラー面を構成要素とする該投影系は成型&Ag蒸着にて形成された自由曲面ミラーを不図示のAL製フレームにて共軸レンズ2や平面ミラー3、6と共に保持することにより、表2に示したレンズデータに則るように配置されるものである。   The projection system having a total of two free-form surface mirror surfaces in accordance with such a surface definition as a constituent element includes a free-form surface mirror formed by molding and Ag deposition on a coaxial lens 2 or the like by an AL frame (not shown). By being held together with the plane mirrors 3 and 6, they are arranged in accordance with the lens data shown in Table 2.

Figure 2005084575
Figure 2005084575

*(回転軸はx軸/+y方向がz軸+方向に回転するチルト方向を+とする) * (Rotation axis is x axis / + y direction is a tilt direction that rotates in the z axis + direction as +)

Figure 2005084575
Figure 2005084575

本投影系によればその光線および光束は前例と同様に共軸レンズ2を通過後は平面ミラー3及び自由曲面ミラー4、5にて反射されながら立体的ジグザグ光路を取ったのち、垂直配置の平面ミラー6での反射を通じて、スクリーン7に対して下側から上側に向かって斜め投影されるが、本例の特徴としては平面ミラー3と自由曲面ミラー4との間に画像表示パネルの中間像8(図2&3参照)、および自由曲面ミラー4と5の間に光束が絞られた点つまり開口瞳像10(図3参照)が存在する。このような光路構成を取ると広画角投影にも拘らず自由曲画ミラー4と5の大きさを低減することが可能になり、当該投影光学系(特に自由曲面ミラー構成部)をさらにコンパクトにまとめることが可能となった。因みに自由曲面ミラー4と5の必要サイズは両者共に100×70mmであった。また中間像8につては、ミラー等の光学部材上からは離れた位置にあるため、万一これら光学部材が埃等で汚れても投影画像への悪影響は非常に少ない。   According to the present projection system, the light beam and the light beam pass through the coaxial lens 2 and take a three-dimensional zigzag optical path while being reflected by the plane mirror 3 and the free-form surface mirrors 4 and 5 in the same manner as in the previous example. Through the reflection at the plane mirror 6, the screen 7 is obliquely projected from the lower side to the upper side. As a feature of this example, an intermediate image of the image display panel is interposed between the plane mirror 3 and the free-form surface mirror 4. 8 (see FIGS. 2 and 3), and a point where the light beam is narrowed between the free-form surface mirrors 4 and 5, that is, an aperture pupil image 10 (see FIG. 3). With such an optical path configuration, it is possible to reduce the size of the free-form mirrors 4 and 5 in spite of wide-angle projection, and the projection optical system (especially the free-form surface mirror component) is further compact. It became possible to put together. Incidentally, the required size of the free-form surface mirrors 4 and 5 was both 100 × 70 mm. Further, since the intermediate image 8 is located away from the optical member such as a mirror, even if these optical members are contaminated with dust or the like, there is very little adverse effect on the projected image.

この投影系により達成された光学スペックについては、スクリーンへの入射角が41°とかなり厳しい斜入射であるにも拘わらず、ディストーション1.0%以下、平均MTF50%(於0.5Lp/mm)、物体側数値開口0.167、明るさムラ20%以下となった。つまり、十分な光束取り込み角(開口0.167)と結像性能が得られ、所謂TV映像は言うまでもなくSVGA(解像度)相当の画像投影にも適用できるレベルものであった。参考として本例投影光学系でのスポット像を図6に掲載した。また、図3に示した本例光学系の全高H1は80cmであり、これにてリアプロジェクション表示装置を構成した場合には、薄さのみならず装置全高(85cm於43”/4:3)をも抑えることが可能になった。   Regarding the optical specifications achieved by this projection system, although the incident angle to the screen is 41 ° and the oblique incidence is quite severe, the distortion is 1.0% or less and the average MTF is 50% (at 0.5 Lp / mm). The object-side numerical aperture was 0.167, and the brightness unevenness was 20% or less. That is, a sufficient luminous flux capturing angle (aperture 0.167) and imaging performance can be obtained, and the level can be applied to image projection corresponding to SVGA (resolution) as well as so-called TV images. For reference, a spot image in this example projection optical system is shown in FIG. Further, the total height H1 of the optical system of this example shown in FIG. 3 is 80 cm, and when the rear projection display device is constituted by this, not only the thinness but also the total height of the device (43 ″ / 4: 3 at 85 cm). It has become possible to suppress this.

尚、本投影光学系では全系の焦点距離fは−5.57mm(アジマス90°&0°との平均値)であり、前述レンズデータに示したように6枚のレンズからなる屈折系のみの焦点距離f_aは46.97mm(アジマス90°&0°との平均値)であり、パラメータ|f_a/f|は8.43であった。このパラメータ|f_a/f|が小さすぎると自由曲面反射系の効果を有効に使えなくなるため、本例のような光学系では該値が2以上であることが好ましい。   In this projection optical system, the focal length f of the entire system is −5.57 mm (average value of azimuth 90 ° & 0 °), and as shown in the lens data, only the refractive system composed of six lenses is used. The focal length f_a was 46.97 mm (average value with azimuth 90 ° & 0 °), and the parameter | f_a / f | was 8.43. If this parameter | f_a / f | is too small, the effect of the free-form surface reflection system cannot be used effectively. Therefore, in the optical system as in this example, the value is preferably 2 or more.

また、スクリーン7については本例では斜入射用のものを用いており、入射側から順に、偏心フレネル板、レンティキュラ板の少なくとも2枚を重ねて構成している。   In this example, the screen 7 for oblique incidence is used, and at least two of an eccentric Fresnel plate and a lenticular plate are stacked in order from the incident side.

この偏心フレネル板については一般的な同心円フレネルの中心から所定距離オフセットした位置にて切り出すことにより形成している。   The eccentric Fresnel plate is formed by cutting at a position offset by a predetermined distance from the center of a general concentric fresnel.

このように本例では、開口0.167という十分な光束取り込み角と前述の如き優れた結像性能が得られているが、これは斜入射という厳しい条件にても、その使用枚数は2枚と少ないものの自由曲面(反射式)による優れた歪み補正作用により所望の光学性能が得られるからである。また、同じ開口値において光学性能を上げるには、表示パネルからスクリーンまでのトータルの光路長を十分長くとる必要があるが、本例のように立体的に光路を取ることにより装置高低減と光学性能確保の両立がより達成され易くなる。   As described above, in this example, a sufficient light flux taking-in angle of 0.167 aperture and the excellent imaging performance as described above are obtained. However, even under the severe condition of oblique incidence, the number of sheets used is two. This is because a desired optical performance can be obtained by an excellent distortion correcting action by a free curved surface (reflection type). In order to improve the optical performance at the same aperture value, it is necessary to make the total optical path length from the display panel to the screen sufficiently long. Compatibility of ensuring performance is more easily achieved.

ところで、以上説明した本例の構成はあくまで1つの実施例であり、様々にアレンジすることが可能である。例えば本例では、光路が立体配置となっているがが、平面ミラーを多用してさらに異なる配置にアレンジしても差し支えはない。また表示デバイスとしてはDLP(DMD)パネルを用いたが、前例同様これに限定される訳ではない。   By the way, the configuration of this example described above is merely one example, and various arrangements can be made. For example, in this example, the optical path has a three-dimensional arrangement, but there is no problem even if a plane mirror is frequently used and arranged in a different arrangement. Further, although a DLP (DMD) panel is used as a display device, it is not limited to this as in the previous example.

本発明第1実施例の薄型リアプロジェクション表示装置の斜視図The perspective view of the thin rear projection display apparatus of 1st Example of this invention. 本発明第1実施例の薄型リアプロジェクション表示装置の水平断面図1 is a horizontal sectional view of a thin rear projection display device according to a first embodiment of the present invention. 本発明第1実施例の薄型リアプロジェクション表示装置の縦断面構成図1 is a longitudinal sectional configuration diagram of a thin rear projection display device according to a first embodiment of the present invention. 本発明第1実施例の薄型リアプロジェクション表示装置の投影系部分拡大図Projection system partial enlarged view of the thin rear projection display device of the first embodiment of the present invention. 従来の薄型リアプロジェクション用光学系縦断面構成図Conventional vertical optical system configuration for thin rear projection 本発明第1実施例での投影スポット像Projected spot image in the first embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 反射型表示パネル
2 共軸レンズ
4、5 自由曲面ミラー
3、6 平面ミラー
7 スクリーン
8 表示パネル中間像
10 開口像
21 開口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reflective display panel 2 Coaxial lens 4, 5 Free-form curved mirror 3, 6 Plane mirror 7 Screen 8 Display panel intermediate image 10 Aperture image 21 Aperture

Claims (8)

少なくとも1つの画像表示パネルと、該少なくとも1つの画像表示パネルを照明する照明系、少なくとも1枚以上の屈折光学素子と2枚以上の自由曲面ミラーと1枚以上の平面ミラーを有し、前記少なくとも1つの画像表示パネルからの光をスクリーンに斜め投影する投影系とを有する表示装置であって、
前記少なくとも1つの画像表示パネルの中心から出射し前記スクリーンの中心に至る光束の中心の光線が通る光路のうち、前記投影系中及び前記投影系から前記スクリーンに至る光路が1つの平面内に収まらないことを特徴とする表示装置。
At least one image display panel, an illumination system that illuminates the at least one image display panel, at least one refractive optical element, two or more free-form surface mirrors, and one or more plane mirrors, A display device having a projection system that obliquely projects light from one image display panel onto a screen,
Of the optical paths through which the central ray of the light beam that exits from the center of the at least one image display panel and reaches the center of the screen passes, the optical path in the projection system and from the projection system to the screen is within one plane. There is no display device.
少なくとも1つの画像表示パネルと、該少なくとも1つの画像表示パネルを照明する照明系、少なくとも1枚以上の屈折光学素子と2枚以上の自由曲面ミラーと1枚以上の平面ミラーを含む複数の光学素子を有し、前記少なくとも1つの画像表示パネルからの光をスクリーンに斜め投影する投影系とを有する表示装置であって、
前記少なくとも1つの画像表示パネルの中心から出射し前記スクリーンの中心に至る光束の中心の光線の光路を、前記複数の光学素子で複数の光路に区切ったときに、該複数の光路のうち少なくとも1つは他の光路に対してねじれの関係であることを特徴とする表示装置。
A plurality of optical elements including at least one image display panel, an illumination system that illuminates the at least one image display panel, at least one refractive optical element, two or more free-form surface mirrors, and one or more plane mirrors And a projection system that obliquely projects light from the at least one image display panel onto a screen,
When the optical path of the light beam at the center of the light beam that is emitted from the center of the at least one image display panel and reaches the center of the screen is divided into a plurality of optical paths by the plurality of optical elements, at least one of the plurality of optical paths. One is a display device characterized by being in a twisted relationship with respect to another optical path.
少なくとも画像表示パネル、該パネルへの照明系、該パネルとスクリーンとの間の光路中に位置し少なくとも1枚以上のレンズ(屈折光学系)と2枚以上の自由曲面ミラーと1枚以上の平面ミラーを有する投影系とを有し、該画像表示パネルからの出射光が該レンズの屈折透過と該ミラー間の反射を繰り返してスクリーンに到達する際に該スクリーンに該画像パネルの光像が拡大投影されるようにしたことを特徴とする表示装置において、主に平面ミラー及び曲面ミラーによる反射作用により形成される画像表示パネルからスクリーンまでの光路が立体的であり1つの平面内には収まらない構成としたことを特徴とする表示装置。   At least an image display panel, an illumination system for the panel, at least one lens (refractive optical system), two or more free-form surface mirrors and one or more planes located in the optical path between the panel and the screen A projection system having a mirror, and the light image of the image panel is magnified on the screen when the light emitted from the image display panel reaches the screen by repeating the refractive transmission of the lens and the reflection between the mirrors. In the display device characterized by being projected, the optical path from the image display panel to the screen, which is mainly formed by the reflection action by the plane mirror and the curved mirror, is three-dimensional and does not fit in one plane. A display device characterized by having a configuration. 該投影系を構成するレンズからスクリーンまでの光路中に該画像表示パネルの中間像を形成するようにしたことを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の表示装置。   4. The display device according to claim 1, wherein an intermediate image of the image display panel is formed in an optical path from a lens constituting the projection system to a screen. 前記中間像を各ミラー面上またはその近傍以外の位置に形成するようにしたことを特徴とする請求項4記載の表示装置。   5. The display device according to claim 4, wherein the intermediate image is formed at a position other than on each mirror surface or in the vicinity thereof. 前記投影系を構成するレンズ内またはその近傍位置に入り口開口瞳を設けると共に、該投影系を構成するレンズからスクリーンまでの光路中に該入り口開口の瞳像位置がくるように構成したことを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の表示装置。   An entrance aperture pupil is provided in or near the lens constituting the projection system, and the pupil image position of the entrance aperture is arranged in the optical path from the lens constituting the projection system to the screen. The display device according to claim 1. 前記瞳像を各ミラー面上またはその近傍以外の位置に形成するようにしたことを特徴とする請求項6記載の表示装置。   The display device according to claim 6, wherein the pupil image is formed on each mirror surface or in a position other than the vicinity thereof. 前記投影系を構成するレンズ(屈折光学系)の焦点距離をf_aとした場合、前記投影光学系全体の焦点距離fに対し、以下の式を満たすことを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の表示装置。
2 < |f_a/f|
The following expression is satisfied for the focal length f of the entire projection optical system, where f_a is a focal length of a lens (refractive optical system) constituting the projection system. The display device described in 1.
2 <| f_a / f |
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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