JP2005130335A

JP2005130335A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JP2005130335A
Application number: JP2003365658A
Authority: JP
Inventors: Shinya Mito; 真也三戸; Katsuaki Shimaoka; 克明島岡; Takehiro Okada; 武博岡田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】斜め投写の場合においても台形歪のない投写画像と、一様なベストフォーカス性能とを両立でき、奥行きの薄いコンパクトなキャビネット構成を実現できるリア投写型表示装置を提供する。
【解決手段】映像表示素子である液晶パネル１と、液晶パネル１に形成された光学像を拡大透写する投写レンズ２と、スクリーン３とを備え、液晶パネル１の有効表示領域の外形が台形状をなし、液晶パネル１の有効表示領域面と、投写レンズ２の主面４と、スクリーン面３のそれぞれ延長した面が、互いに１本の直線上で交差するように配置されようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、主としてライトバルブ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型表示装置に関する。

大画面映像を得るために、ライトバルブに映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する方法が従来よりよく知られている。

透過型スクリーンを用いたスクリーン一体型のリア投写型表示装置の構成例を図７に示す。投写型表示装置４１の投写レンズ４２が出力される光は２つの反射ミラー４３，４４を経て、スクリーン４５上に投写画像として拡大投影される。

このとき、キャビネット４７のサイズは、投写レンズの光軸４６とスクリーン４５面とが垂直に配置される必要がある前提条件下の中で、投写レンズの有効画角、ミラー配置条件及び使用面数、さらには投写型表示装置のサイズをそれぞれ最適化して設計されるが、特に奥行きの薄型化に関しては、上記制約条件によって制限される。

投写レンズの光軸４６とスクリーン４５面とのなす角度を９０゜に限定しなで斜め投写が可能となれば制約条件の１つが解消でき、キャビネット４７の薄型化が可能となる。

しかし、この場合投写画像に台形歪みが発生するという問題が発生する。さらに、斜めに傾けた方向で画角ごとに投写距離が異なるため、ベストフォーカスが一様ではなく、解像度の均一性を確保することが不可能となる。

一方、投写型表示装置とスクリーンとを分離させたフロント投写型表示装置の場合は、図８に示すように、斜め投写によって発生する台形歪みを信号処理によるリサイズによって電気的な補正を行っているのが主流となっている。
特許第２９２５７７７号公報

しかし、図８に示した手段を用いた場合においても投写画像のベストフォーカスポイントが場所によって異なるという問題は解消されず、解像度の劣化は残存したままとなる。本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、斜め投写の場合においても投写画像が電気補正を施すことなく台形歪みが発生せず、かつ光学的ベストフォーカスポイントも投写画像のすべてのポイントにおいて一様とすることができる投写型表示装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の投写型表示装置は、映像表示素子と、前記映像表示素子上に形成された光学像を拡大透写する投写手段とを備え、前記映像表示素子の有効表示領域の外形が台形状としていることを特徴とするものである。また、配置条件として、映像表示素子の有効表示領域面と、投写レンズの主面と、スクリーン面とが、互いに１点で交わるように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、斜め投写の場合においても台形歪のない投写画像と、一様なベストフォーカス性能とを両立できる。また、本発明を用いてリア投写型表示装置を構成すれば奥行きが薄いコンパクトなキャビネット構成を実現できる。

（発明の実施の形態１）
図１は、本発明の以降に述べる各実施の形態において適用される、映像表示素子としての液晶パネル１と、投写レンズ２と、スクリーン３との配置関係と示した側面図（断面図）である。

液晶パネル１の映像表示面とスクリーン３面は、投写レンズ２の光軸５に対して傾いて配置され、投写レンズ２の主面４と液晶パネル１の映像表示面とスクリーン３面のそれぞれ延長した面が、互いに１本の直線上で交差するように配置されている。図１は液晶パネル１と、投写レンズ２とその主面４、スクリーン３との配置関係を側面から示しており、液晶パネル１と投写レンズの主面４とスクリーン３の延長された各面が、図面に対して点Ｐを垂直に貫く直線上でそれぞれが交差するように配置されている。

この条件を満たして入れば、液晶パネル１上の表示画像の投写画像はスクルーン上において良好な解像度をえることができる（シャインプルーフの法則）。

但し、この場合、液晶パネル１の表示画像の外形が矩形の場合、スクリーン上での投写画像は台形歪みが発生し、外形が台形となる。

そこで、本発明においては、あらかじめ、投写条件から導かれる寸法仕様に応じて有効表示領域の外形状が台形となっている液晶パネル１を用い、スクリーン上においては斜め投写にもかかわらず矩形の投写画像を表示できるようにする。

以下に、図１を用いて、各種条件の詳細についての説明をする。

ここで、ｘ₁は投写レンズ２の主面４からスクリーン３面までの最長距離（以下、投写レンズ２の主面４からスクリーン３面までの距離を投写距離と呼ぶ）、ｘ₂は最短投写距離、ｘ_Cは投写レンズ２の光軸５における投写距離、ｙ₁は投写距離ｘ₁となる画角におけるスクリーン３側近軸像高、ｙ₂は投写距離ｘ₂となる画角におけるスクリーン３側近軸像高、ｘ'₁は投写レンズ２の主面４から液晶パネル１の映像表示面面までの最長距離、ｘ'₂は投写レンズ２の主面４から液晶パネル１の映像表示面までの最短距離、ｘ'_Cは投写レンズ２の光軸５における投写レンズ２の主面４から液晶パネル１の映像表示面までの距離、ｙ'₁は投写距離ｘ₁となる画角における液晶パネル１側物体高、ｙ₂は投写距離ｘ₂となる画角における液晶パネル１側物体高、θはスクリーン３面と投写レンズ２の光軸５とのなす角度（以下、投射角と呼ぶ）、θ'は液晶パネル１の映像表示面と投写レンズ２の光軸５とのなす角度である。

なお、符号は、紙面垂直方向については投写レンズ２の光軸５を０とし、上方向を（＋）、下方向を（−）とし、紙面水平法については投写レンズ２の主面４を０とし、右方向（＋）、左方向を（−）とする。

また、図２（ａ）にスクリーン３面、図２（ｂ）に液晶パネル１の有効表示面を示す。図２（ａ）のＨはスクリーン水平サイズ、Ｖはスクリーン垂直サイズ、Ｖ₁は投写距離ｘ₁となる画角における投写レンズ２の光軸５からの垂直方向サイズ、Ｖ₂は投写距離ｘ₂となる画角における投写レンズ２の光軸５からの垂直方向サイズ、図２（ｂ）のｈ₁は投写距離ｘ₁となる画角における液晶パネル１の有効水平表示サイズ、ｈ₂は投写距離ｘ₂となる画角における液晶パネル１の有効水平表示サイズ、ｈ_Cは投写レンズ２の光軸５における液晶パネル１の有効水平表示サイズ、ｖは液晶パネル１の有効垂直表示サイズ、ｖ₁は投写距離ｘ₁となる画角における投写レンズ２の光軸５からの液晶パネル垂直方向有効表示サイズ、ｖ₂は投写距離ｘ₂となる画角における投写レンズ２の光軸５からの液晶パネル垂直方向有効表示サイズである。

まず、スクリーンサイズＨ，Ｖ，Ｖ₁，Ｖ₂、投射角θ、投写レンズ２の光軸５における投写距離ｘ_Cを決めることにより、以下の式によってｘ₁，ｘ₂，ｙ₁，ｙ₂を求めることが出来る。

さらに、投写倍率をｍ₁、投写レンズ２の焦点距離をｆ、とすると、液晶パネル１の水平サイズのうちいずれか１つ（ｈ₁、またはｈ2、またはｈ_C）を決めることによって、投写レンズ２の焦点距離ｆが求められる（ここではｈ₁を決めた場合として、以下の説明を続ける）。

であることから、

となる。

従って、液晶パネル１の表示サイズｈ_i、ｖ_iを、ｆ、ｙ_i、ｘ_iの関数で求めると次式のようになる（ここで、ｉ＝１，２，．．．であり、次式は図１に示した垂直方向及び水平方向の両端サイズに限らず、任意の各画角におけるサイズにも適用できる）。

また、以上の条件によって求められたサイズの液晶パネル１を用いた場合、投写レンズ２の光軸５に対する液晶パネル１の傾き角θ'は、次式で算出することができる。

以上の条件式に基づき、構成した投写型表示装置の実施の形態１を図３に示す。

１１は投写型表示装置、１２は投写レンズ、１５はスクリーンである。投写レンズ１２は内部に反射ミラーを有し、本図面の上方向から見た場合には全体としてＬ字状をなしているものを用いている。

投写型表示装置１１から出力する光は、投写レンズ１２によって反射ミラー１３，１４を経てスクリーン１５上に投写画像を形成する。投射角θは５０゜であり、光軸１６上の投写距離ｘ_Cを９００ｍｍに設定している。また、スクリーンサイズは対角５０インチでアスペクト比が１６：９（従って水平方向サイズＨ＝１１０６．９ｍｍ、垂直方向サイズＶ＝６２２．６３ｍｍとなる）、液晶パネル有効表示領域の水平方向最小サイズを１５．５ｍｍとしている。

以上の設定条件と、（数１〜１２）により、各寸法パラメータについて、それぞれ以下の値を導入できる。
最長投写距離ｘ₁＝１１３８．４８ｍｍ
投写距離ｘ₁となる画角におけるスクリーン１５側近軸像高ｙ₁＝２００．１１ｍｍ
最短投写距離ｘ₂＝６６１．５２ｍｍ
投写距離ｘ₂となる画角におけるスクリーン１５側近軸像高ｙ₂＝２００．１１ｍｍ
投写距離ｘ₁となる画角における倍率ｍ₁＝−０．０１４
焦点距離ｆ＝１５．７１９ｍｍ
液晶パネル水平方向最大有効サイズｈ₂＝２６．９４２ｍｍ
液晶パネル光軸上水平方向有効サイズｈ_C＝１９．６８１ｍｍ
液晶パネル垂直方向有効サイズｖ₁＋ｖ₂＝７．６７４ｍｍ
液晶パネルの傾き角θ'＝１．２１３゜
以上の条件を満たした図３に示す構成においては、セット全体を薄型化が可能となるうえ、スクリーンに対して斜め投写であるにも関わらず、台形歪みがなく、しかも解像度の劣化も発生しない良好な投写画像を表示できる。

なお、投射角θについては、３０゜以上６０゜以下が好ましい。３０゜未満の場合、リア投写型表示装置を構成しようとすると、従来と比べて顕著な薄型化の効果が得られない。また、６０゜より大きい場合は、スクリーンに対する入射角依存性の影響が大きくなり、画面上に輝度傾斜が発生しやすくなる。この条件は以下に説明する他の実施の形態においても同様のことが言える。

また、図３の構成はスクリーン一体型のリア投写型表示装置の実施の形態を示したが、図４に示すようにスクリーンと分離したフロントタイプの投写型表示装置の場合においても、電気補正による歪み補正を行うことなく斜め投写が実現でき、台形歪や解像度の劣化が発生しない良好な投写画像を表示できる。こうすることによって、スクリーンの中心に対して投写レンズの光軸を垂直に配置する必要がないため、高解像度な映像を確保したまま映像観察者が投写光を遮らないような場所に投写型表示装置を設置できる。

また、本実施の形態においては、映像表示素子として液晶パネルを用いたが、ライトバルブとして投写型表示装置を構成できる表示素子であれば、全て適用できる。

（発明の実施の形態２）
次に、他の条件で構成した投写型表示装置の実施の形態２を図５に示す。

投写レンズ２２は内部に反射ミラーを有し、本図面の上方向から見た場合には全体としてＬ字状をなしているものを用いている。

投写型表示装置２１から出力する光は、投写レンズ２２によって反射ミラー２３，２４を経てスクリーン２５上に投写画像を形成する。投射角θは５０゜であり、光軸２６上の投写距離ｘ_Cを６７２．２６ｍｍに設定している。また、スクリーンサイズは対角５０インチでアスペクト比が１６：９（従って水平方向サイズＨ＝１１０６．９ｍｍ、垂直方向サイズＶ＝６２２．６３ｍｍとなる）、液晶パネル有効表示領域の水平方向最小サイズを１５．５ｍｍとしている。

以上の設定条件と、（数１〜１２）により、各寸法パラメータについて、それぞれ以下の値を導入できる。
最長投写距離ｘ₁＝９１０．７４ｍｍ
投写距離ｘ₁となる画角におけるスクリーン１５側近軸像高ｙ₁＝２００．１１ｍｍ
最短投写距離ｘ₂＝４３３．７７ｍｍ
投写距離ｘ₂となる画角におけるスクリーン１５側近軸像高ｙ₂＝２００．１１ｍｍ
投写距離ｘ₁の画角における倍率ｍ₁＝−０．０１４
焦点距離ｆ＝１２．５７７ｍｍ
液晶パネル水平方向最大有効サイズｈ₂＝３３．０５２ｍｍ
液晶パネル光軸上水平方向有効サイズｈ_C＝２１．１０９ｍｍ
液晶パネル垂直方向有効サイズｖ₁＋ｖ₂＝８．７８０ｍｍ
液晶パネルの傾き角θ'＝１．３０２゜
以上の条件を満たした図５に示す構成においても、セット全体を薄型化が可能となるうえ、スクリーンに対して斜め投写であるにも関わらず、台形歪みがなく、しかも解像度の劣化も発生しない良好な投写画像を表示できる。

（発明の実施の形態３）
他の条件で構成した投写型表示装置の実施の形態３を図６に示す。

投写型表示装置３１から出力する光は、投写レンズ３２によって反射ミラー３３を経てスクリーン３４上に投写画像を形成する。投射角θは５０゜であり、光軸３５上の投写距離ｘ_Cを４６２．１８ｍｍに設定している。また、スクリーンサイズは対角５０インチでアスペクト比が１６：９（従って水平方向サイズＨ＝１１０６．９ｍｍ、垂直方向サイズＶ＝６２２．６３ｍｍとなる）、液晶パネル有効表示領域の水平方向最小サイズを１５．５ｍｍとしている。

以上の設定条件と、（数１〜１２）により、各寸法パラメータについて、それぞれ以下の値を導入できる。
最長投写距離ｘ₁＝７００．６６ｍｍ
投写距離ｘ₁となる画角におけるスクリーン１５側近軸像高ｙ₁＝２００．１１ｍｍ
最短投写距離ｘ₂＝２２３．７０ｍｍ
投写距離ｘ₂となる画角におけるスクリーン１５側近軸像高ｙ₂＝２００．１１ｍｍ
投写距離ｘ₁の画角における倍率ｍ₁＝−０．０１４
焦点距離ｆ＝９．６７６ｍｍ
液晶パネル水平方向最大有効サイズｈ₂＝４９．９５４ｍｍ
液晶パネル光軸上水平方向有効サイズｈ_C＝２３．６６６ｍｍ
液晶パネル垂直方向有効サイズｖ₁＋ｖ₂＝１１．８５２ｍｍ
液晶パネルの傾き角θ'＝１．４２９゜
以上の条件を満たした図６に示す構成においても、前述した実施の形態と同様にセット全体を薄型化が可能となるうえ、スクリーンに対して斜め投写であるにも関わらず、台形歪みがなく、しかも解像度の劣化も発生しない良好な投写画像を表示できる。

以上のように本発明によれば、斜め投写の場合においても台形歪のない投写画像と、一様なベストフォーカス性能とを両立できる。また、本発明を用いてリア投写型表示装置を構成すれば奥行きの薄いコンパクトなキャビネット構成を実現できる。

本発明の作用を説明する概略構成図本発明の作用を説明するための概略寸法図本発明の実施の形態１の概略構成図本発明の実施の形態１における他の応用例を示すの概略図本発明の実施の形態２の概略構成図本発明の実施の形態３の概略構成図従来例の概略構成図従来の手段を説明する概略図

符号の説明

１液晶パネル
２、１２、２２、３２投写レンズ
３、１５、２５、３４スクリーン
４主面
６、１６、２６、３５光軸
１１、２１、３１投写型表示装置

Claims

映像表示素子と、
前記映像表示素子上に形成された光学像を拡大透写する投写手段とを備え、
前記映像表示素子の有効表示領域の外形が台形状としていることを特徴とする投写型表示装置。
映像表示素子と、
前記映像表示素子上に形成された光学像を拡大透写する投写手段としての投写レンズと、
スクリーンとを備え、
前記映像表示素子の有効表示領域の外形が台形状をなし、
前記映像表示素子の有効表示領域面と、
前記投写レンズの主面と、
前記スクリーン面のそれぞれ延長した面が、互いに１本の直線上で交差するように配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
前記投写レンズの光軸と前記スクリーン面とのなす角度は、３０゜以上６０゜以下であることを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
前記映像表示素子の寸法は次の条件式を満足する請求項１記載の投写型表示装置。

但し、
ｈ_iは前記映像表示素子の任意の画角における水平方向表示サイズ、
ｖ_iは前記映像表示素子の任意の画角での垂直方向表示サイズにおける前記投写レンズの光軸からの距離、
Ｈはスクリーン水平方向サイズ、
ｆは前記投写レンズの焦点距離、
ｘ_iは任意の画角における投写レンズ主面からスクリーン面までの距離、
ｘ_cは前記投写レンズの光軸上の投写レンズ主面からスクリーン面までの距離、
ｙ_iは前記映像表示素子の任意の画角におけるスクリーン垂直方向近軸像高、
である。