JP2007163547A - Projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、透過型プロジェクションTV(透過型TV,リア・プロジェクションTV,
背面投射型TVなど各種の呼び方があるが、全て同義であり、以降は混在して用いる場合もある。)に代表される、表示画像を規定するライトバルブに対して照明光を入射させて、表示画像光を生成する方式のディスプレイの改良に関する。
The present invention relates to a transmissive projection TV (transparent TV, rear projection TV,
Although there are various names such as rear projection type TV, they are all synonymous, and may be used afterwards. The present invention relates to an improvement in a display that generates display image light by causing illumination light to enter a light valve that defines a display image.
透過型または反射型ドットマトリクス液晶等を用いた表示パネル(以下、ライトバルブと称する)を用い、このライトバルブに表示される画像をスクリーンに拡大投射して大画面として見せる拡大投射方式が着目されている。
リア・プロジェクションテレビ(TV)向け背面透過型スクリーンは、一般的に、観察者側に配置される光拡散性シートと光源側に位置するフレネルレンズシートとの組み合わせにより構成されている。
同心円状に単位レンズを配してなるフレネルレンズシートは、エンジンと呼ばれる小型プロジェクタ(ライトバルブを内蔵する)からの投影光を略平行光として、光拡散性シートに出射する働きをする。
光拡散性シートは、フレネルレンズシートで略平行光とされた投影光を、特定方向に並列されたシリンドリカルレンズ群などの特性により、特定方向に広げ、観察者側に表示光として視域を拡げて出射する働きがある。
Attention has been focused on an enlargement projection system that uses a display panel (hereinafter referred to as a light valve) using a transmissive or reflective dot matrix liquid crystal, and enlarges and projects an image displayed on the light valve on a screen to display it as a large screen. ing.
A rear transmissive screen for rear projection television (TV) is generally configured by a combination of a light diffusing sheet disposed on the viewer side and a Fresnel lens sheet positioned on the light source side.
A Fresnel lens sheet in which unit lenses are concentrically arranged serves to emit projection light from a small projector called an engine (with a built-in light valve) to the light diffusing sheet as substantially parallel light.
The light diffusive sheet spreads the projection light, which has been made approximately parallel light by the Fresnel lens sheet, in a specific direction due to the characteristics of a cylindrical lens group arranged in parallel in a specific direction, and widens the viewing area as display light on the viewer side. Has the function of emitting light.
従来の背面投射型表示装置では、ライトバルブを透過した光束を反射ミラーにより光路変換してスクリーンの背面に導く構造であるため、スクリーンに対し垂直な光軸をもって投射しないとキーストン歪などにより画像に歪みが生じるので、反射ミラーの設置条件に大きな制約を受け、これに基因して投射光学系が占める容積、特にスクリーンに対して奥行き方向の寸法(キャビネットの厚さ)が増し、それ故に薄型のキャビネットによる背面投射型表示装置とすることが出来ないという課題を有していた。 The conventional rear projection display device has a structure in which the light beam transmitted through the light valve is converted into an optical path by a reflection mirror and guided to the back of the screen. Since distortion occurs, the installation conditions of the reflecting mirror are severely restricted, and due to this, the volume occupied by the projection optical system, in particular the dimension in the depth direction (the thickness of the cabinet), increases with respect to the screen. It had the subject that it could not be set as the rear projection type display apparatus by a cabinet.
上記課題を解決する手段として、「斜め投射方式」が考えられた。
斜め投射方式は、図1に示すように第1レンズ8の光軸16に対して結像面9(例えば反射手段)において屈曲される光軸17を有する第2レンズ10が前記結像面9を間にして配置されている。そしてこの第2レンズ10は前記第1レンズ8により結像面9に結像された画像を光軸17に対する結像面9の傾斜とは反対側に傾斜して配置されるスクリーン3に斜め投射して拡大画像を得るようになされる。この場合、第2レンズ10からスクリーン3へ至る光路途中で反射ミラーにより折曲し、キャビネットの前面にスクリーンを設けてその背面に導くようにすれば、コンパクトな光学系として背面投射による表示装置が得られる。
As a means for solving the above problems, an “oblique projection method” has been considered.
In the oblique projection method, as shown in FIG. 1, the second lens 10 having the optical axis 17 bent at the imaging plane 9 (for example, reflecting means) with respect to the optical axis 16 of the first lens 8 is formed on the imaging plane 9. Is placed in between. The second lens 10 obliquely projects the image formed on the imaging surface 9 by the first lens 8 onto the screen 3 arranged so as to be inclined to the side opposite to the inclination of the imaging surface 9 with respect to the optical axis 17. Thus, an enlarged image is obtained. In this case, if a reflection mirror is bent in the middle of the optical path from the second lens 10 to the screen 3, and a screen is provided on the front surface of the cabinet and guided to the back surface, a display device using rear projection is provided as a compact optical system. can get.
しかしながら上記投射光学系を用いて表示装置を構成すると、第1レンズ8により結像面9に結像される像に間延びが生じ、これを第2レンズ10により矯正してスクリーン3上へ結像させる際に間延びが良好に補正されないと歪んだ画像となって見苦しい画面となり、忠実な再現性が得られない。
なお、ここで、「間延び」とは、横方向と縦方向とで拡大率が異なるためスクリーン上の最終画像が、横方向と縦方向のいずれかの方向に伸びてしまうことをいい、台形歪みを補正した後においても、なお残る歪みであり、例えば、正方形の「物」に対し長方形の「像」が形成されることをいう。
そこで、投射光学系を用い、コンパクトな構成で大画面を得るに当り、スクリーン上で画像の間延びが生じることのない投射光学系を有する投射型表示装置を提供することを目的とする特許文献1に係る提案がある。
Here, “stretching” means that the final image on the screen extends in either the horizontal direction or the vertical direction because the enlargement ratio differs between the horizontal direction and the vertical direction. This is still a distortion that remains after the correction, and for example, a rectangular “image” is formed on a square “object”.
Therefore, Patent Document 1 that aims to provide a projection type display device having a projection optical system that uses a projection optical system and does not cause an image to be extended on a screen when a large screen is obtained with a compact configuration. There is a proposal concerning.
特許文献1による投射型表示装置は、
光源と、前記光源からの光を変調するライトバルブと、前記ライトバルブによって形成された像の一方向を圧縮もしくは伸長した補正中間画像を形成するアナモフィック光学系と、前記補正中間画像を、歪み、間延びのない画像に拡大して投射する拡大投射光学系とを備えたことを特徴とする。
The projection display device according to Patent Document 1 is
A light source, a light valve that modulates light from the light source, an anamorphic optical system that forms a corrected intermediate image in which one direction of an image formed by the light valve is compressed or expanded, and the corrected intermediate image is distorted, And an enlargement projection optical system for enlarging and projecting an image having no extension.
特許文献1による投射型表示装置を、透過型の投射光学系に対して利用する実施形態(図2参照)では、第1レンズ8の光軸16に対し結像面9において屈曲する光軸17を有する第2レンズ10が結像面9を間にして配置される。この第2レンズ10を通じて結像面9の結像を拡大して結像面とは反対側に傾斜するスクリーン3に斜め方向から拡大投射することができる。 In an embodiment (see FIG. 2) in which the projection display device according to Patent Document 1 is used for a transmission type projection optical system (see FIG. 2), an optical axis 17 that is bent at the imaging plane 9 with respect to the optical axis 16 of the first lens 8. The second lens 10 having the image forming surface 9 is disposed therebetween. The image formed on the image plane 9 can be enlarged through the second lens 10 and can be enlarged and projected from an oblique direction onto the screen 3 inclined to the opposite side of the image plane.
上述の「斜め投射方式」および特許文献1による投射型表示装置は、「シャインプルーフの条件」を満たす光学系を採用している。
シャインプルーフの条件(Shcheimpflugrule Scheimpflug principle)とは、図3に示すように、被写体面と光軸(同図で水平方向)が直交していない場合は、「被写体面、レンズ主面、像面の3者を延長した面が1箇所(S)で交われば、像面全体でピントが合う」ということになる条件である。
The above-described “oblique projection method” and the projection type display device according to Patent Document 1 employ an optical system that satisfies “Shineproof conditions”.
The Scheimpflug rule (Shcheimpflugrule Scheimpflug principle) is, as shown in FIG. 3, when the subject surface and the optical axis (horizontal direction in the figure) are not orthogonal, This is a condition that the entire image plane is in focus if the planes obtained by extending the three members meet at one place (S).
特許文献1に記載される投射型表示装置によれば、ライトバルブと同一光軸上に配置され凸レンズにより形成された実像の前後にシリンドリカルレンズ系を介在させて一方向に圧縮もしくは伸長した補正中間画像を形成したから、スクリーン上へ拡大投射する際に間延びを生じることがなく、スクリーン上での画像の質を著しく高めることができる。
また、ライトバルブと同一光軸上に配置され凸レンズにより形成された実像の前後にシリンドリカルレンズ系を介在させて一方向に圧縮もしくは伸長した補正中間画像を形成したから、スクリーン上へ拡大投射する際に間延びを生じることがなく、スクリーン上での画像の質を著しく高めることができる。
According to the projection type display device described in Patent Document 1, a correction intermediate that is compressed or expanded in one direction with a cylindrical lens system interposed before and after a real image that is disposed on the same optical axis as the light valve and formed by a convex lens. Since the image is formed, no delay occurs when the image is enlarged and projected onto the screen, and the quality of the image on the screen can be remarkably improved.
In addition, a corrected intermediate image that is compressed or expanded in one direction is formed before and after the real image that is arranged on the same optical axis as the light valve and is formed by a convex lens. Therefore, the quality of the image on the screen can be remarkably improved.
しかしながら、特許文献1(図2に示す光学系)においては、主光線の方向が投射レンズである第2レンズ10の光軸と一致しないため、第2レンズ(投射レンズ)10に向かう光線は発散光となり、第2レンズ(投射レンズ)10に全て入射しない場合が多く、光の利用効率が非常に悪いという問題点がある。
本発明は、シャインプルーフの条件を採用した斜め投射方式においても、光利用効率の向上を図ることが出来る背面投射型表示装置を提供することを目的とする。
However, in Patent Document 1 (the optical system shown in FIG. 2), since the direction of the principal ray does not coincide with the optical axis of the second lens 10 that is a projection lens, the light ray directed toward the second lens (projection lens) 10 diverges. In many cases, the light becomes light and does not enter the second lens (projection lens) 10 at all, and there is a problem that the light use efficiency is very poor.
An object of the present invention is to provide a rear projection type display device capable of improving the light utilization efficiency even in the oblique projection method employing the Scheinproof condition.
請求項1に記載の本発明による投射型表示装置は、
照明光源からの光を変調することで表示画像を規定するライトバルブに入射させる照明光学系と、
前記ライトバルブによって形成された表示画像光をスクリーンに拡大して投射する投射光学系とを備える投射型表示装置において、
前記ライトバルブ,投射光学系,スクリーン面は、それぞれを被写体面,レンズ主面,像面とした場合、それら3者を延長した面が1箇所で交わることで、シャインプルーフの条件を満たすと共に、
照明光学系の光軸は、投射光学系の光軸と一致もしくはほぼ一致することを特徴とする。
A projection type display device according to the present invention as set forth in claim 1 comprises:
An illumination optical system that enters a light valve that defines a display image by modulating light from the illumination light source; and
In a projection display device comprising a projection optical system that projects and enlarges display image light formed by the light valve onto a screen,
When the light valve, the projection optical system, and the screen surface are a subject surface, a lens main surface, and an image surface, respectively, the extended surface of these three members intersects at one place, and satisfies the Scheinproof condition.
The optical axis of the illumination optical system is characterized by being coincident with or substantially coincident with the optical axis of the projection optical system.
照明光学系の光軸を投射光学系の光軸と一致(もしくは、ほぼ一致)させることにより、投射光学系(投射レンズ)に向かう映像光は発散光とする必要がなく、投射レンズに入射する光量の確保が容易であり、照明光の利用効率の低下を招くことが回避される。
従って、キーストン歪,台形歪などの映像欠陥がなく、高輝度な映像光が大画面で投影することが可能な、薄型(奥行き方向にコンパクト)な投射型表示装置が提供される。
By making the optical axis of the illumination optical system coincide (or substantially coincide) with the optical axis of the projection optical system, the image light directed to the projection optical system (projection lens) does not need to be divergent light and enters the projection lens. It is easy to ensure the amount of light, and it is avoided that the efficiency of using illumination light is reduced.
Accordingly, there is provided a thin (compact in the depth direction) projection display device that is free from video defects such as keystone distortion and trapezoidal distortion and can project high-luminance video light on a large screen.
<実施形態1>
透過型パネル(ライトバルブ)を用いた第1の実施形態を図4に示す。
通常、図4に示すような光学系において、シャインプルーフの条件を満たす場合、I2で示されるサイズの映像がレンズシステムを通して、収差なくI1で示されるサイズとして像を結ぶことになる。
その拡大比はα1/α2である。
シャインプルーフの条件では、I2が被写体面であり、I1が像面に相当する。
<Embodiment 1>
A first embodiment using a transmissive panel (light valve) is shown in FIG.
Normally, in the optical system as shown in FIG. 4, when the Scheimpflug condition is satisfied, an image having a size indicated by I2 forms an image through the lens system as a size indicated by I1 without aberration.
The enlargement ratio is α1 / α2.
Under the Scheimpflug condition, I2 is the object plane and I1 is the image plane.
上記の光学系内で、Im2で示される部分に透過型ライトバルブ(液晶パネル)を設置して、Im1で示される部分にスクリーンを設置する。
Im1およびIm2の中心を光軸とする。
L1には投射レンズを設置する。
照明光学系の光軸は、ここでは上記の光軸と一致させる。
ランプ(照明光源)からの照明光は、フライアイ,ライトトンネルなどのインテグレーターを通して、光を均一化させる。
In the above optical system, a transmissive light valve (liquid crystal panel) is installed at a portion indicated by Im2, and a screen is installed at a portion indicated by Im1.
The center of Im1 and Im2 is the optical axis.
A projection lens is installed at L1.
Here, the optical axis of the illumination optical system is made to coincide with the optical axis described above.
The illumination light from the lamp (illumination light source) is made uniform through an integrator such as a fly eye or a light tunnel.
その後、コンデンサーレンズを通して、平行光束でパネルを照明する。
その後、パネルから空間変調光(画像光)は投射レンズに入射する。
このとき、パネルの前には照明光の光量を最大限に用いることが出来るように、レンズで照明光を収束させても良い。
同図で網がけを施した部分が、照明光源からスクリーンに至る光線の通る経路にあたるわけだが、投射レンズL1の前後で光量の損失がないことが、本願発明による顕著な作用効果である。
Then, the panel is illuminated with a parallel light beam through a condenser lens.
Thereafter, spatially modulated light (image light) enters the projection lens from the panel.
At this time, the illumination light may be converged by a lens so that the light amount of the illumination light can be maximized before the panel.
The shaded portion in the figure corresponds to the path of the light beam from the illumination light source to the screen. However, there is no light loss before and after the projection lens L1.
ここで、照明光のNAは投射光学系のNAより大きくなる必要がある。
投射光学系を経てスクリーン上に像が形成されるが、ここでは光軸外しのオフセットフレネルレンズを用いる。(図示せず)
例えば、TIR(全反射)フレネルレンズを用いても良い。
また、プロジェクションTV内に光学系を収めるために、必要に応じて、点線の位置で光線を折り曲げても良く(点線の箇所にミラーを配置することで、スクリーンは点線に対称な位置となる。)表示装置のコンパクト化(奥行き方向)に影響を及ぼすことになる。
Here, the NA of the illumination light needs to be larger than the NA of the projection optical system.
An image is formed on the screen through the projection optical system, and here an off-optical axis offset Fresnel lens is used. (Not shown)
For example, a TIR (total reflection) Fresnel lens may be used.
Further, in order to fit the optical system in the projection TV, the light beam may be bent at the position of the dotted line as necessary (by arranging the mirror at the dotted line position, the screen becomes a position symmetrical to the dotted line. ) This will affect the downsizing (depth direction) of the display device.
<実施形態2>
反射型パネル(ライトバルブ)を用いた第2の実施形態を図5に示す。
この場合、照明光学系の光軸と投射光学系の光軸が同一軸もしくは近傍に存在するので、ある光学手段−プリズム−を用いる必要がある。
台形ひずみが生じた場合、投射レンズ光学系に、補正機能を有する光学手段を用いると良い。
<Embodiment 2>
A second embodiment using a reflective panel (light valve) is shown in FIG.
In this case, since the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system are on the same axis or in the vicinity, it is necessary to use a certain optical means-prism.
When trapezoidal distortion occurs, optical means having a correction function may be used for the projection lens optical system.
このように、照明光学系と投射光学系の光軸を一致させ、オフセットフレネルスクリーンを用いることで、光量ロスの問題点を解決することが出来、航空写真(シャインプルーフ)と同様に、高い解像度の映像をスクリーンに表示することができる。 In this way, by matching the optical axes of the illumination optical system and the projection optical system and using an offset Fresnel screen, the problem of light loss can be solved, and as with aerial photography (Scheinproof), the resolution is high. Can be displayed on the screen.
3 スクリーン
8 第1レンズ(照明光学系を構成)
9 結像面
10 第2レンズ(投射光学系を構成)
16 第1レンズの光軸
17 第2レンズの光軸
3 Screen 8 1st lens (constitution of illumination optical system)
9 Imaging surface
10 Second lens (constructs a projection optical system)
16 Optical axis of the first lens
17 Optical axis of the second lens
Claims (5)
前記ライトバルブによって形成された表示画像光をスクリーンに拡大して投射する投射光学系とを備える投射型表示装置において、
前記ライトバルブ,投射光学系,スクリーン面は、それぞれを被写体面,レンズ主面,像面とした場合、それら3者を延長した面が1箇所で交わることで、シャインプルーフの条件を満たすと共に、
照明光学系の光軸は、投射光学系の光軸と一致もしくはほぼ一致することを特徴とする投射型表示装置。 An illumination optical system that enters a light valve that defines a display image by modulating light from the illumination light source; and
In a projection display device comprising a projection optical system that projects and enlarges display image light formed by the light valve onto a screen,
When the light valve, the projection optical system, and the screen surface are a subject surface, a lens main surface, and an image surface, respectively, the extended surface of these three members intersects at one place, and satisfies the Scheinproof condition.
A projection display device, wherein an optical axis of an illumination optical system is coincident with or substantially coincides with an optical axis of a projection optical system.
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