JP2009042454A - 液晶表示装置とそのための背面光投射ユニット、並びに、かかる液晶表示装置を利用した電子黒板装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直視タイプの薄型映像表示装置に採用可能で、発熱を液晶パネルから隔離してその悪影響を低減する背面光投射装置などを提供する。
【解決手段】液晶パネル１７０と、当該液晶表示装置の背面から背面光（バックライト）を投射する背面光投射装置とを備えた液晶表示装置であって、記背面光投射装置は、光源１０１からの光を、液晶表示装置１７０の背面側において、短距離から傾斜して拡大投写する短距離傾斜投写光学系を含む背面光投射装置（ユニット）１００により構成したことを特徴とする液晶表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネルからなる映像表示スクリーン上に画像を表示する液晶表示装置に関し、特に、液晶パネルの背面から光を投射する新規な構成の背面光投射ユニットを備えた液晶表示装置とそのための背面光投射ユニットに関する。

近年、直視タイプの薄型映像表示装置に用いられる表示パネルには、ＰＤＰ（Plasma Display Panel：プラズマディスプレイ）と共に、液晶パネルなどが広く採用されている。なお、一般的には、液晶パネルはＰＤＰに較べてコントラスト（コントラスト比ともいう）が約一桁程度低く、他方、ＰＤＰは、表示画面全面に白を表示した場合の明るさが足りないなど、それぞれ、解決すべき課題が残されている。また、特に、液晶パネルでは、パネルメーカの製造技術の向上や設備投資により、大面積の液晶パネルの製造も可能となり、大型の表示装置として、当該大形液晶パネルを利用した液晶表示装置も、ＰＤＰと同様に、広く普及してきている。

ところで、画像表示素子として液晶パネルを利用した液晶表示装置では、その視認性を向上するため、通常、バックライトと呼ばれる背面光を投射する装置がその背面に設けられており、これは、例えば、複数の蛍光管（ＣＣＦＬ）を並列に並べて矩形状の発光面を形成することにより形成されている。そのため、液晶パネル自体は殆ど発熱しないが、しかしながら、上述した背面光投射装置からの発熱によって、特に、その表示面積の大きな液晶表示装置では、当該発光面を構成する筐体内にその発熱が溜まってしまう。そのため、本来、発熱を伴う発光原理によるプラズマディスプレイと同様に、液晶表示装置においても、その発熱が問題となり、特に、表示面積の大きな液晶表示装置においては、その背面部の背面光投射装置での発熱が著しくい。なお、かかる液晶表示装置における背面での発熱は、例えば、テレビジョン受像機の表示装置として利用する場合、当該液晶表示装置の設置場所を制限する（例えば、装置の背面を壁面から離すなど）ことともなる。なお、調光に関する従来技術としては、例えば、光源から射出する光量を可変する所謂バックライト制御が、例えば、以下の特許文献１に、また、光源から射出された光量を液晶パネルにより可変する制御が、以下の特許文献２により既に知られている。

加えて、近年、かかる大画面の表示装置の利用方法としては、従来の映像表示を行うためだけに留まらず、例えば、以下の特許文献３や特許文献４によっても知られるように、画像と共に書込みが可能な電子黒板や、書き込んだ内容を読み取ってきれいに表示するプレゼンテーション装置など、各種の利用方法が提案されている。

特開２００６−３０５８８号公報 特開平６−２３０３６７号公報 特開平１０−２２９４６３号公報 特開平１１−３８９０２号公報

しかしながら、従来技術、特に、上記特許文献１に開示されるバックライト装置では、光源にＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用い、画素単位でバックライト制御を行いる画像形成する技術を開示する。しかし、１つのＬＥＤに液晶パネルの１つの画素を対応させるとすると、地上波デジタルＴＶ放送の場合、画素数が１９２０ｘ１０８０なので、莫大な数のＬＥＤが必要となり、大きなコストアップを招く。勿論、１つのＬＥＤに液晶パネルの複数の画素を対応させるにしても、高画質な制御を考えると相当な数のＬＥＤが必要であり、大幅なコストアップは避けられない。特に、表示画面サイズの大画面化（例えば、３７〜６０インチ）に伴い、１つのＬＥＤに対応する画素数が少なくなるので、コストアップが顕著となる可能性がある。

また、上記特許文献２では、光源と画像表示（画像形成）用の液晶パネルとの間に、光源から射出された光量を可変する液晶パネルを配置ものが開示されており、当該技術は、光源から液晶パネルに照射される光量をその全範囲に渡って同一の制御量となるように可変制御するものである。しかしながら、本発明者らは、当該技術について考察を進める過程におけて、本技術を採用することにより画素毎に光量の制御を行えば、液晶パネルの画素数に応じた明るさ（輝度）の調光が可能となることに気付いた。しかしながら、当該技術を直視型の画像表示装置に適用した場合、液晶パネルとして画像表示用液晶パネルと同サイズのパネルが必要となることから、やはりコストアップを招くこととなり、特に、このコストアップは、表示画面サイズの大画面化に伴い、顕著となる。また、調光のために液晶パネルを用いることから、入射側に偏光板を配置する必要があるが、しかしながら、この偏光板の配置によって、光源から出射する光の約半分が利用されなくなるため、明るさが低減してしまうという課題も有った。

加えて、上述した背面光投射装置（ユニット）からの発熱は、映像表示装置の画像表示部を構成する液晶パネル、更には、一部に含まれる偏光板を劣化してその寿命を短縮し、ひいては装置全体の寿命を短くしてしまうという悪影響を与えてしまうことから、当該背面光投射装置からの発熱から隔離することが好ましい。

即ち、上述したように、画像表示素子として液晶パネルを利用した液晶表示装置では、視認性向上のためにその背面から照射されるバックライトを生成するための装置においては、比較的安価に、その消費電力の低減と共に、その発熱を液晶パネルから隔離し、背面光投射装置（ユニット）の発熱による悪影響を低減するための技術が求められている。

特に、かかる液晶表示装置を上述した電子黒板装置として利用する場合、利用者による書き込みを可能にするためには、その表示表面にはガラス板などの保護面を取り付ける必要がある。そのため、表示装置における背面での発熱は、更に、筐体内に溜まってしまうこととなってしまうこととなり、同時に、かかる表示表面からの熱は、当該電子黒板装置を操作又は利用する者に対して違和感や不快感を与えることともなる。

そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液晶パネルからなる映像表示スクリーン上に画像を表示する液晶表示装置であって、表示装置から離れた場所に設置可能な背面光投射ユニットを利用することによって、背面光投射装置からの発熱による悪影響の少ない液晶表示装置を提供し、そして、そのため、比較的安価に構成することの可能な、新規な背面光投射ユニットを提供すると共に、更には、かかる液晶表示装置を利用した電子黒板装置を提供することをその目的とする。

本発明によれば、上記の目的を達成するため、まず、液晶表示装置と、当該液晶表示装置の背面から背面光を投射する背面光投射装置とを備えた液晶表示装置であって、前記背面光投射装置は、光源からの光を、前記液晶表示装置の背面側から斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系により構成した液晶表示装置が提供される。

なお、本発明では、前記に記載の液晶表示装置において、前記傾斜投写光学系は、その一部に配置した自由曲面ミラーを備え、もって、前記光源からの光を反射して前記背面光を液晶表示装置の背面から投射することが好ましく、更には、前記自由曲面ミラーと前記液晶表示装置の背面との間には、更に、平面反射板を設けることが好ましい。又は、前記の液晶表示装置において、前記液晶表示装置の背面側に、更に、前記傾斜投写光学系から入射した光を、当該液晶表示装置の表示面に略垂直に出射するための光方向変換部を設けることが好ましい。更に、前記の液晶表示装置において、前記傾斜投写光学系の一部に、前記背面光の光強度を変調する光変調部を備えていることが、又は、前記傾斜投写光学系は、更に、自由曲面レンズを備えていることが好ましい。加えて、前記光源と液晶パネルとの間には、当該光源からの照明光の光量分布を一様化するための手段を設けることが好ましい。

そして、本発明によれば、前記に記載の液晶表示装置を表示面として利用した電子黒板装置が提供される。

加えて、本発明によれば、上記の目的を達成するため、更に、前記に記載の液晶表示装置のため、光源からの光を、前記液晶表示装置の背面側から斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系により構成された背面光投射ユニットであって、その一部に自由曲面ミラーを備え、もって、前記光源からの光を反射して前記背面光を液晶表示装置の背面から投射する背面光投射ユニットが提供される。

そして、本発明では、前記に記載の背面光投射ユニットにおいて、前記自由曲面ミラーと前記液晶表示装置の背面との間には、更に、平面反射板を設けることが好ましく、又は、その一部に、更に、前記背面光の光強度を変調する光変調部を備えていることが好ましい。更に、自由曲面レンズを備えていることが好ましく、又は、更に、前記光源と前記自由曲面ミラーとの間には、当該光源からの照明光の光量分布を一様化するための手段を設けることが好ましい。

以上の本発明によれば、液晶パネルからなる映像表示スクリーン上に画像を表示する液晶表示装置であって、表示装置から離れた場所に設置可能な背面光投射ユニットを利用することによって、背面光投射装置からの発熱による影響の少ない液晶表示装置を提供し、そして、そのため、比較的安価に構成することの可能な、新規な背面光投射ユニットを提供すると共に、更には、かかる液晶表示装置を利用した電子黒板装置を提供することを可能にする、優れた効果を発揮する。

以下、本発明による最良の形態について、添付の図を用いながら詳細に説明する。なお、以下の各図において、共通な機能を有する要素には同一符号を付して示し、一度説明したものについては、その重複する説明を省略する。

先ず、添付の図１は、本発明の一実施の形態になる液晶表示装置であって、特に、直視タイプの薄型映像表示装置における液晶パネル１７０と、当該液晶パネル１７０の背面から光（バックライト）を投射する原理を説明する。即ち、映像表示装置の表示画面を構成する大型の液晶パネル１７０の背面側には、当該パネルに対して斜め方向から背面光（バックライト）を投写するための、以下に詳細に説明する背面光投射装置（ユニット）１００が、離隔されて配置されており、これにより、当該背面光投射装置（ユニット）１００、更には、その駆動回路からの発熱（即ち、発熱源）が、直接、液晶パネル１７０へ熱を伝達することを防止する。なお、ここでは、薄型映像表示装置の外形を構成する筐体２００の内側背面に、平面反射板５が取り付けた例が示されている。

続いて、添付の図２は、液晶表示装置の背面側から斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を構成する上記背面光投射装置（ユニット）１００を含めて、液晶表示装置を模式的に示している。この背面光投射装置（ユニット）１００は、比較的短距離で光源からの光を液晶パネル１７０に投射可能に構成された短距離傾斜投写光学系であり、その構成の詳細については後述する。この図２においては、説明を分かり易くするために、各構成要素は実際の寸法を無視して模式的に示されている。また、以下の実施例では、光変調部として、透過型の液晶パネルを用いた例について説明する。

図２において、例えば、テレビジョン放送の受信により得られた映像信号を基に、カラー表示を行う画像表示用液晶パネル１７０を、その背後から照明（バックライトを照射）する背面光投射装置（ユニット）１００は、液晶パネルとは反対の側から、以下の構成要件が、順次配置されて構成されている。即ち、略白色光を出射する光源１１０と、当該光源１１０から射出される偏りのない光を、所望の偏光方向に揃え、もって、所定の偏光光に変換するための偏光変換素子１３０と、当該偏光変換素子１３０からの偏光光（白色光）を光変調して調光する液晶パネル１５０（光変調部）と、当該液晶パネル１５０で調光された光束を画像表示用液晶パネル１７０に向けて、超短距離から、斜め方向に拡大して投写する拡大投写投写装置１０と、そして、当該投写装置１０からの光束を上記画像表示用液晶パネル１７０の入射面にほぼ垂直に入射するように変換するフレネルレンズシート（光方向変換部）１６０とを含んで構成されている。なお、拡大投写装置１０は、自由曲面ミラーや自由曲面レンズを含み、その詳細は後にも述べるが、ここでは、概念的にレンズとして表示している。尚、本実施形態に係る背面光投射装置（ユニット）１００は、液晶パネル１７０に、この液晶パネル１７０の表示面積よりも約２〜１５％大きい拡大光学像を投射するように構成されている。換言すれば、かかる背面光投射装置（ユニット）１００は、約２〜１５％オーバースキャンして拡大光学像を液晶パネル１７０に投射するものである。これにより、背面光投射装置（ユニット）１００または平面反射板５等の各種光学部品の取り付け誤差による影響（例えば、液晶パネル１７０の一部に拡大光学像が投射されないことによる「画像欠け」）を低減もしくは防止することができる。

また、画像表示用液晶パネル１７０は、背面光投射装置（ユニット）１００から照射された光を、パネル駆動回路１９２を介して、例えば、上述した映像信号１９１に基づいて光変調（光強度変調）し、もって、表示画像の画像光（カラー）を形成して出射する。なお、ここでは、その一例として、横縦比１６：９、画素数１９２０ｘ１０８０、画面サイズ（画面表示有効領域の対角寸法Ｌ１）が２７〜６０インチ程度の大画面直視型液晶ＴＶに用いられるアクティブマトリックス駆動のＴＦＴ（Thin Film Transistor）型液晶パネルが採用されている。一般に、ＴＦＴ型液晶パネルのコントラスト比は１０００：１程度である。なお、画像表示用液晶パネル１７０は、入射側および出射側に偏光板を有しているが、ここでは図示を省略している。

また、光源１１０は、例えば、略白色光を出射する高圧水銀ランプなどの高輝度ランプ１０１と、当該ランプ１０１を背後から覆い、ランプからの白色光を反射して平行光に変換するための回転放物面形状のリフレクタ１０２とを含んで構成されている。本実施の形態では、光源１１０から射出される光は、後述するように、画像表示用液晶パネル１７０と較べて十分に小さな照明用の液晶パネル１５０（即ち、光変調してコントラストを高める調光を行う）に照射されることから、高圧水銀ランプなどの放電ランプを用いることができる。

そして、ランプ１０１から射出された光は、例えば、回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ１０２によって反射されて光軸１１５に略平行な光となり、即ち、光源１１０から略平行の光束が射出される。この光源１１０から射出された光は、その後、偏光変換素子１３０に入射する。

偏光変換素子１３０は、上記光源１１０から射出された偏りのない光の偏光面を、所定の偏光方向に揃え、所定の偏光光に変換する。そして、この偏光変換素子１３０で所定偏光光とされた光は、次いで、液晶パネル１５０に入射することとなる。

この液晶パネル１５０は、パネル駆動回路１９５を介して入力した上記映像信号１９１に基づいて、光変調（光強度変調）を行うものであり、当該光変調（光強度変調）によって画素毎に濃淡のある光学像（以下、「調光像」という）を形成する。なお、ここでは、当該パネルの価格を低減するため、例えば、横縦比１６：９、ＷＶＧＡの画素数８５２ｘ４８０（更にコストを優先する場合、ＷＱＶＧＡの画素数４００ｘ２４０を用いてもよい）、画面サイズ（画面表示有効領域の対角寸法Ｌ２）が０．４〜１．３インチ程度の、所謂、シングルマトリックス駆動のＴＮ型液晶パネル（透過型液晶パネル）を用いる。

なお、このような液晶パネルとしては、上記に代えて、例えば、背面投射型表示装置に用いられている液晶パネルを適用することもできる。通常、背面投射型画像表示装置に用いられている液晶パネルには、フルカラー表示のために赤、緑、青色の映像に対応するＲＧＢ信号が供給される。しかしながら、本実施の形態では、液晶パネル１５０は、上述したように光変調（光強度変調）を行うためのものであり、フルカラー表示を考慮する必要は無く、即ち、画素毎に光強度を変調すればよいため、ＲＧＢ信号ではなく輝度信号（Ｙ信号）が供給される。より具体的には、本実施形態では、画像表示用液晶パネル１７０には映像信号としてパネル駆動回路１９２からＲＧＢ信号が供給されており、一方、照明用の液晶パネル１５０には映像信号としてパネル駆動回路１９５から輝度信号が供給されることとなる。また、この輝度信号としては、ここでは図示しないＹ／Ｃ分離回路で分離し、かつ、図示しない映像処理回路で所定の信号処理（例えば、コントラスト調整、ガンマ補正等）が為されたＹ信号を用いてもよい。また、画像表示用液晶パネル１７０に供給されるＲＧＢ信号をマトリクス演算して得られるＹ信号を用いてもよい。勿論、照明用の液晶パネル１５０に対して、映像信号であるＲＧＢ信号のいずれかを、周期的に、順次、供給するようにしてもよい。

一般に、ＴＮ型液晶パネルのコントラスト比は、７００：１程度であり、ＴＦＴ型のそれより低い。しかし、本発明になる上記の構成によれば、コントラスト比は、液晶パネル１５０のコントラスト比と、画像表示用液晶パネル１７０のコントラスト比との積で決定される。そのことからも、価格が比較的安い（コントラスト比の低い）パネルを用いながらも、確実に、そのコントラスト比を格段に向上させることが可能となる。また、更にパネル価格を下げる目的で、画像表示用液晶パネル１７０の解像度に比べて解像度の低いＷＶＧＡのパネルを用いることも可能である。なお、この場合、液晶パネル１５０の１の画素が画像表示用液晶パネル１７０の複数の画素に対応することとなる。しかしながら、このように液晶パネル１５０の画素数が少なくても、その対応画素領域のサイズは十分に小さいことから、高精細な調光としては、十分に許容することが可能である。なお、液晶パネル１５０は、入射側及び出射側に偏光板を有しているが、ここでは図示を省略している。

また、上述したパネル駆動回路１９５は、スケーリング機能（図示せず）を有しており、映像信号１９１に対して、液晶パネル１５０の解像度に対応してスケーリングなどの画像処理を行う。その後、周知の平均輝度情報、黒レベル領域検出、白レベル領域検出などの画像情報分析機能（図示せず）を用い、これらの分析情報により、液晶パネル１５０を駆動し、光変調された調光像（光学像）を形成させる。また、パネル駆動回路１９５から画像表示用液晶パネル１７０に供給されるＲＧＢ信号に対応する輝度信号を（必要に応じ、液晶パネル１５０の解像度に対応してスケーリング処理をして）液晶パネル１５０に供給してもよい。

そして、拡大投写投写装置１０は、上記液晶パネル１５０で形成された調光像を、上記画像表示用液晶パネル１７０に向けて、超短距離から、斜め方向に拡大して投写する。なお、ここで、通常の投写装置を用いた場合、奥行き寸法が厚くなりってしまい、装置の大型化につながってしまうことから、本発明では、その詳細は後述するが、当該奥行き寸法を極力薄くするために、特に、斜め投写が可能な投写装置を用いている。

ところで、上記の投写装置１０は、液晶パネル１５０の調光像を画像表示用液晶パネル１７０に写像することから、次の条件を満足させる必要がある。

液晶パネル１５０は、最も小さいもので、現在０．４８インチ（対角寸法）程度であり、０．４インチが限度と考えられている。そこで、液晶パネル１５０の画面サイズをＬ２＝０．４インチとし、画像表示用液晶パネル１７０の画面サイズをＬ１＝６０インチとすればＬ１／Ｌ２＝１５０となる。Ｌ１／Ｌ２が１５０を越えると画像表示用液晶パネル１７０に照射される明るさが暗くなるという問題が生じる。従って、Ｌ１／Ｌ２を１５０以下とするのが望ましい。なお、下限は、液晶パネル１５０の画面サイズによるが、画像表示用液晶パネル１７０の画面サイズに近づけると、コストダウンにつながらないことから、少なくともＬ１／Ｌ２＝１０以上とするのが望ましい。一般に投写型画像表示装置に用いられる上限に近い画面サイズＬ２＝１．３インチのパネルを液晶パネル１５０とし、画像表示用液晶パネル１７０の画面サイズをＬ１＝２７インチとすればＬ１／Ｌ２＝２０程度となり、上記を満足することができる。

尚、本実施形態に係る背面光投射装置（ユニット）１００において、液晶パネル１５０は必ずしも用いる必要は無く、液晶パネル１５０に代えて、例えば図２０に示されるように液晶パネル１７０の表示面の形状に相似する開口形状を持つ開口絞り２１０を設けてもよい。例えば、液晶パネル１７０の表示面のアスペクト比が１６：９である場合には開口絞り２１０の開口形状のアスペクト比を１６：９とし、液晶パネル１７０の表示面のアスペクト比が４：３である場合には開口絞り２１０の開口形状のアスペクト比を４：３とする。この開口絞り２１０により光源からの光を整形し、適切な形状の光学像を液晶パネル１７０に投射するようにしている。本実施例の場合、図２０に示されるように、図２のパネル駆動回路１９５は不要となる。

次に、上記のフレネルレンズシート１６０は、投写装置１０からの斜め光が画像表示用液晶パネル１７０の入射面に対して略垂直に入射するように変換するための、所謂、光方向変換部である。このフレネルレンズシート１６０を構成する基材１６１の一方の面（ここでは、画像表示用液晶パネル１７０側とは逆側の面）には、入射角が所定値以内の光を屈折して出射させる屈折型フレネルレンズ１６２と、入射角が所定値以上の光を全反射して出射させる全反射型フレネルレンズ１６７とが、同心円状に複数形成されている。そして、屈折型フレネルレンズ１６２および全反射型フレネルレンズ１６７により、投写装置１０からの斜め光を、その入射角度に応じて屈折又は全反射することにより、画像表示用液晶パネル１７０の入射面に略垂直に入射するようにする（なお、更に詳細は後述する）。

以上述べたように、上述した実施の形態になる液晶表示装置、即ち、直視タイプの薄型映像表示装置によれば、大型の液晶パネル１７０の背面側において、当該パネルから離隔されて配置された背面光投射装置（ユニット）１００から、当該パネルに対して斜め方向から高輝度ランプ１０１の光を拡大して背面光（バックライト）として投写することから、当該背面光投射装置（ユニット）１００やその駆動回路を含めた発熱源から液晶パネル１７０への熱伝達を抑制する。このことから、液晶パネル１７０やその一部に取り付けた偏光板が、当該発熱によって劣化されることを防止することができる。

また、背面光（バックライト）の斜め拡大投写を可能にする背面光投射装置（ユニット）１００では、特に、サイズの小さな液晶パネル１５０を用い、液晶パネル１５０の一つの画素を画像表示用液晶パネル１７０の複数画素に対応させ、映像信号に基づいて光変調を行って調光像を形成する。そして、当該調光像を投写装置１０で拡大して画像表示用液晶パネル１７０に投写する。これによれば、画像表示装置としてのコントラスト比は、液晶パネル１５０のコントラスト比と画像表示用液晶パネル１７０のコントラスト比との積となるため、コントラスト比を格段に向上させることが可能となる。

また、画像表示用液晶パネル１７０に較べて十分小さな液晶パネル１５０を用いることによれば、上記に加えて、光源１１０のサイズも小さくすることができる。従って、画像表示用液晶パネル１７０と同サイズの高価な液晶パネル、更には、ＬＥＤを複数個並列配置して構成した光源（バックライト）を用いる従来技術に較べ、上述した背面光投射装置（ユニット）１００やフレネルレンズシート１６０が追加的に必要となるが、しかしながら、上述したように、その投写装置として低解像度の液晶パネルが使用できるので、背面光投射装置（ユニット）１００のコストを、従来の、２／３〜１／２程度に低減することができる。そして、更なる装置のコスト低減を図るためには、上述した光変調（光強度変調）を行うための構成要件である液晶パネル１５０を削除することも可能であろう。さらに、液晶パネル１５０や光源１１０それぞれを交換可能な方式とすることで、サービス性も大幅に向上することも可能であろう。

また、上記では、光変調（光強度変調）用の液晶パネル１５０の１画素に対して、画像表示用液晶パネル１７０の複数の画素を対応させるようにした構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光変調用液晶パネルの１画素に対してカラー画像表示用液晶パネルの１画素（１画素は一組のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を含む）を対応させるように構成しても良いことは言うまでもない。また、上記の光源１０１として、高圧水銀ランプを用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されず、それに代えて、白色光のＬＥＤやレーザ発光素子を用いてもよい。なお、その際、１個のＬＥＤやレーザでは光量が不足する場合には、複数のＬＥＤやレーザを配列したものを用いることも可能であろう。

加えて、上記では、光変調（光強度変調）用の液晶パネル１５０として透過型の液晶パネルを用いた例について説明したが、これに代えて、例えば、反射型の光変調素子である、反射型液晶パネル（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）や微小ミラーなどを用いてもよい。

次に、添付の図３〜９を参照しながら、上記液晶表示装置において採用される、特に、装置の奥行き寸法を極力低減するため、その一部に配置した自由曲面ミラーの反射を利用して液晶表示装置の背面側の短距離から斜めに拡大して投写する短距離傾斜投写光学系について説明する。

＜短距離傾斜投写光学系＞
まず、添付の図３は、上記投写光学系の基本的な構成を示す断面図であり、当該光学系の構成をＸＹＺ直交座標系におけるＹＺ断面で示している。ここで、ＸＹＺ直交座標系の原点は、光変調（光強度変調）用の液晶パネル１５０の表示画面の中央とし、Ｚ軸は画像表示用液晶パネル１７０の法線８と平行であるものとする。Ｙ軸は画像表示用液晶パネル１７０の表示画面の短辺と平行であり、画像表示用液晶パネル１７０の縦（上下）方向と等しいものとする。Ｘ軸は、画像表示用液晶パネル１７０の表示画面の長辺と平行であり、画像表示用液晶パネル１７０の横（左右）方向と等しいものとする。また、添付の図４は投写装置を構成する投写レンズの斜視図であり、図４は投写レンズにおける光路の折り曲げを省略して示した投写レンズの断面図である。

まず、図３に示すように、拡大投写装置１０は、液晶パネル１５０からフレネルレンズシート１６０、画像表示用液晶パネル１７０に向かう光路上において、液晶パネル１５０側から順に配置された、投写レンズ２と、第１反射ミラーとしての自由曲面ミラー４と、第２反射ミラーとしての平面反射ミラー５とを含んで構成されている。そして、上記の構成によれば、光変調（光強度変調）用液晶パネル１５０の表示画面上の調光像は、投写レンズ２により画像表示用液晶パネル１７０に向けて投写される。このとき、直線的に投写すると所定の距離が必要となり、画像表示装置の奥行き寸法が大きく、つまり、画像表示装置の奥行きが厚くなる。そこで、投写レンズ２から画像表示用液晶パネル１７０に向かう光路（例えば、光線２１、２２、２３で示される光路）を、自由曲面ミラー４と平面反射ミラー５とで折り返し、画像表示装置の奥行きを極力低減するようにしている。さらに、液晶パネル１５０の画面の中央から出て画像表示用液晶パネル１７０の画面中央に向かう光線２１（以下、「画面中央光線」と言う）を、画像表示用液晶パネル１７０の入射面に対して非垂直（一般に、このような投写は「斜め投写」と呼ばれる）として、画像表示装置の奥行きを低減している。

また、投写レンズ２は、上記の図３、更には、添付の図４からも明らかなように、回転対称な面形状を有する複数の屈折レンズから構成される前群１２と、少なくとも一方の面が回転非対称の自由曲面の形状を有するレンズ（以下、「自由曲面レンズ」と称する）を含む後群１３とから構成されている。

なお、上記の図３において、図示された投写レンズ２からは、液晶パネル１５０の位置が画像表示用液晶パネル１７０の法線８の方向に延長しており、そのため、装置の奥行きが拡大する必要があるように思われるが、しかしながら、例えば、添付の図４に示すように、Ｘ軸（即ち、画像表示用液晶パネルの長辺）に平行に配置された前群１２の途中に光路折り曲げミラー１４を配置し、前群１２の光軸９（即ち、投写レンズの光軸）をＺ軸方向（即ち、画像表示用液晶パネルの法線８に平行な方向）に折り曲げることにより、奥行き寸法の増大を防止することが出来る。勿論、本発明はこれに限定されるものではなく、自由曲面ミラー４と投写レンズ２の後群１３との間、あるいは、投写レンズ２の前群１２と後群１３の間に光路を折り曲げる光路折り曲げミラーを配置してもよい。

なお、上述した実施の形態では、上記図３に示すように、液晶パネル１５０は、その表示画面の中央が投写レンズ２の光軸９上に位置するように配置されている。従って、液晶パネル１５０の表示画面の中央から出て投写レンズ２の入射瞳の中央を通って画像表示用液晶パネル１７０の画面中央に向かう画面中央光線２１は、投写レンズ２の光軸に沿って進む。この画面中央光線２１は、自由曲面ミラー４の反射面上の点Ｐ２で反射された後、平面反射ミラー５上の点Ｐ５で反射されて、画像表示用液晶パネル１７０の画面中央の点Ｐ８に画像表示用液晶パネルの入射面の法線８に対して所定の角度（θｓ）で、すなわち、斜めに入射される。

なお、このことは、投写レンズ２の光軸９に沿って通過した光線が画像表示用液晶パネル１７０に対して斜めに入射していることであり、実質的に投写レンズ２の光軸が画像表示用液晶パネル１７０に対して斜めに設けられていることを意味しており、このような方法で画像表示用液晶パネルに斜め入射させることによれば、投写した長方形の形状が台形になる、所謂、台形歪と共に、その他にも、光軸に対して回転対称でないことにより、種々の収差が生じる。そこで、本実施の形態では、これ等の歪や収差を、拡大投写装置１０を構成する投写レンズ２の後群１３と自由曲面ミラー４の反射面とで補正する。

上記の図３に示す断面内において、液晶パネル１５０の画面下端から投写レンズ２の入射瞳の中央を通って射出され、これに対応する画像表示用液晶パネル１７０の画面上端の点Ｐ９に入射する光線を光線２２とする。また、液晶パネル１５０の画面上端から投写レンズ２の入射瞳の中央を通って射出され、これに対応する画像表示用液晶パネル１７０の画面下端の点Ｐ７に入射する光線を光線２３とする。この図３を見ると、点Ｐ３から点Ｐ６を経由して点Ｐ９に到る光路長は、点Ｐ１から点Ｐ４を経由して点Ｐ７に到る光路長よりも長くなっている。これは、投写レンズ２から見て、画像表示用液晶パネル１７０の像点Ｐ９が像点Ｐ７よりも遠くにあることを意味している。そこで、画像表示用液晶パネル１７０の像点Ｐ９に対応する物点（液晶パネル１５０の表示画面上の点）がより投写レンズ２に近い点に、また、像点Ｐ７に対応する物点がより投写レンズ２から遠い点にあれば、像面の傾きを補正できる。そのためには、液晶パネル１５０の表示画面の中央における法線ベクトルを、投写レンズ２の光軸に対し傾けるようにする。具体的には、上記法線ベクトルを、ＹＺ平面内において、画像表示用液晶パネル１７０の位置する方へ向けるように傾ければよい。光軸に対して傾いた像平面を得るのに物平面を傾ける方法は知られている。しかしながら、実用的な大きさの画角では、物平面の傾きによる像面は光軸に対して非対称な変形を生じ、回転対称な投写レンズでは補正が困難である。そこで、本実施形態では、回転対称でない、すなわち回転非対称の自由曲面を用い、非対称な像面の変形に対応している。このため、物平面を傾けることで低次の像面の歪を大きく低減でき、自由曲面による収差補正を補助する上で効果的である。尚、図３では、平面反射ミラー５は鉛直方向に対して傾斜して設けられているが、図１に示すように垂直に設けてもよい。

次に、上述した拡大投写装置１０の各光学要素の作用について説明する。
投写レンズ２は、その前群１２が液晶パネル１５０の表示画面上の調光像を画像表示用液晶パネル１７０に投写するための主レンズであり、回転対称な光学系における基本的な収差を補正する。投写レンズ２の後群１３は、回転非対称の自由曲面レンズを含んでいる。ここでは、自由曲面レンズは、上記図３、図４、そして、図５から明らかなように、その光出射方向に対して凹面を向くように湾曲されている。そして、自由曲面レンズの、画像表示用液晶パネル１７０の下端に向かう光線２３が通過する部分の曲率を、画像表示用液晶パネル１７０の上端に向かう光線２２が通過する部分の曲率よりも大きくしている。

自由曲面ミラー４は、回転非対称な自由曲面形状の反射面を有している。ここでは、自由曲面ミラー４は、その一部が光の反射方向に対して凸を向くように湾曲された、回転非対称の凸面ミラーとしている。具体的には、自由曲面ミラー４の、画像表示用液晶パネル１７０の下方に向かう光を反射する部分（Ｐ１）の曲率を、画像表示用液晶パネル１７０の上方に向かう光を反射する部分（Ｐ３）の曲率よりも大きくしている。換言すれば、自由曲面ミラー４のＹＺ断面（画像表示用液晶パネル１７０の画面縦方向の断面）において、画面中央光線２１が自由曲面ミラー４で反射される位置Ｐ２に対して、Ｐ１−Ｐ２間の寸法とＰ３−Ｐ２間の寸法とを異ならせ、次式が成立するようにしている。

また、自由曲面ミラー４の、画像表示用液晶パネル１７０の下方に向かう光を反射する部分（Ｐ１）が該光の反射方向に凸の形状を為し、画像表示用液晶パネル１７０の上方に向かう光を反射する部分（Ｐ３）が光の反射方向に凹の形状をなすようにしてもよい。

上記の構成によれば、上記自由曲面レンズと自由曲面ミラーの作用により、主として、斜め入射によって生じる収差の補正が行われる。すなわち、本実施の形態では、自由曲面ミラー４が主として台形歪を補正し、投写レンズ２の後群１３が、主として像面の歪みなどの非対称な収差の補正を行なう。

このように、本実施の形態は、投写レンズ２が回転非対称の自由曲面レンズを少なくとも一枚含み、自由曲面ミラー４が回転非対称の自由曲面形状の反射ミラーをなしている。これによって、斜め投写によって生じる台形歪と収差の両方を補正可能としている。

次に、以上述べた投写装置の光学系について、図６、図７と共に、以下の表１〜表４を用いて、その具体的な数値を例示しながら説明する。
まず、図６と図７は、数値例に基づく本実施の形態に係わる投写装置の光学系の光線図を示しており、前述したＸＹＺ直交座標において、図６はＹＺ断面を、図７はＸＺ断面での構成を示している。投写レンズ２は、上記の図４でも述べたように、前群１２の途中に光路折り曲げミラー１４が配置されているが、この図６では、この光路折り曲げミラー１４の図示を省略しており、光学系をＺ軸方向に展開して示しており、このことは図５でも同様である。即ち、光路折り曲げミラーは、その設置の位置や角度において任意性があり、また、各光学要素の機能に影響を及ぼすものではない。従って、以下の説明では、光路折り曲げミラーを省略して説明することにする。

上記図５の下側に示した液晶パネル１５０から射出した光は、複数のレンズを含む投写レンズ２のうち、まず、回転対称形状の面のみを有するレンズのみで構成される前群１２を通過する。そして、回転非対称の自由曲面レンズを含む後群１３を通り、自由曲面ミラー４の反射面で反射される。その反射光は、平面反射ミラー５で反射された後、画像表示用液晶パネル１７０に入射される。

ここで、投写レンズ２の前群１２は、全て回転対称な形状の屈折面を持つ複数のレンズで構成されており、各屈折面のうち４つは回転対称な非球面であり、他は球面である。ここに用いられた回転対称な非球面は、各面ごとのローカルな円筒座標系を用いて、次の数式で表される。

ここで、ｒは光軸からの距離であり、Ｚはサグ量を表している。また、ｃは頂点での曲率、ｋは円錐定数、ＡからＪはｒのべき乗の項の係数である。

投写レンズ２の後群１３にある自由曲面レンズは、各面の面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を用い、Ｘ、Ｙの多項式を含む次の式で表わされる。

ここで、ＺはＸ、Ｙ軸に垂直な方向で自由曲面の形状のサグ量を表わしており、ｃは頂点での曲率、ｒはＸ、Ｙ軸の平面内での原点からの距離、ｋは円錐定数、Ｃ（ｍ、ｎ）は多項式の係数である。

以下の表１は、本実施形態に係る光学系の数値データを示している。

表１において、Ｓ０〜Ｓ２３は、図５に示された符号Ｓ０〜Ｓ２３にそれぞれ対応している。ここで、Ｓ０は液晶パネル１５０の表示面、すなわち物面を示しており、Ｓ２３は自由曲面ミラー４の反射面を示している。またＳ２４は、図５では示されていないが、画像表示用液晶パネル１７０の入射面、すなわち像面を示している。なお、上記の図５において、上の図は本実施の形態に係る投写レンズ２および自由曲面ミラー４のＹＺ断面図を、下の図は、その光学系のＸＺ断面図をそれぞれ表している。

また、この表１において、Ｒｄは各面の曲率半径であり、図５の中で面の左側に曲率の中心がある場合は正の値で、逆の場合は負の値で表わしている。また表１においてＴＨは面間距離であり、そのレンズ面の頂点から次のレンズ面の頂点までの距離を示す。あるレンズ面に対して、次のレンズ面が図５の中で左側に位置するときには面間距離は正の値、右側に位置する場合は負の値で表している。さらに、表１においてＳ５、Ｓ６、Ｓ１７、Ｓ１８は回転対称な非球面であり、表１では面の番号の横に＊を付けて分かり易く示している。

これら４つ面の非球面の係数を以下の表２に示している。

また、上記の表１において、Ｓ１９からＳ２２は、投写レンズ２の後群１３に含まれる自由曲面レンズの各屈折面であり、Ｓ２３は、上述したように自由曲面ミラー４の反射面であって、面の番号の横に＃を付けて示している。

これら５つの自由曲面の形状を表す係数の値を表３に示す。

本実施の形態では、映像表示素子１１の表示画面である物面を、投写レンズ２の光軸に対して−１．１６３度傾けている。傾けの方向は、図６の断面内で物面の法線が反時計回りに回転する方向を正の値で表わすことにする。従って、本実施例では物面を図６の断面内で、投写レンズ２の光軸に垂直な位置から時計回り方向に１．１６３度傾けていることになる。

Ｓ２３の自由曲面ミラー４は、そのローカル座標の原点を投写レンズ２の光軸上に置いている。そして、自由曲面ミラー４のローカル座標の原点での法線、すなわちＺ軸を、投写レンズ２の光軸と平行な位置から２９度傾けて配置している。傾き方向は、前記物面と同様に、図６の断面内で反時計回りに回転する方向を正とし、従って反時計回りに傾けていることになる。これによって、液晶パネル１５０の画面中央から出てほぼ投写レンズ２の光軸に沿って進んできた画面中央光線は、Ｓ２３で反射後、投写レンズ２の光軸に対して前記傾き角度の２倍の５８度だけ傾いた方向に進む。ここで、Ｓ２３の座標原点を通り、投写レンズ２の光軸対するＳ２３の傾き角度の２倍だけ傾いた方向を、反射後の新たな光軸とし、以後の面はこの光軸上に配置されるものとする。表１のＳ２３に示した面間隔の値−４００は、次のＳ２４が、Ｓ２３の右側にあり前記反射後の光軸に沿って４００ｍｍの距離の点にローカル座標の原点を配置されていることを示している。以下の面も同じ規則により配置されている。

本実施例における、各面のローカル座標系の傾け又は偏心の様子を表４に示す。

この表４において、面番号の右側に傾き角度、偏心の値を示しており、ＡＤＥは図６の断面と平行な面内での傾きの大きさであり、その表示規則は上に示した通りである。また、ＹＤＥは偏心の大きさであり、偏心は図６の断面と平行な面内でかつ光軸に垂直な方向で設定され、図６の断面にける下方への偏心を正とする。尚、本実施例においては、ＹＤＥを０（即ち、偏心なし）としている。

本発明では、全ての光学要素の傾きや偏心は、図示した断面に平行な断面内での方向で設定される。

上記の表１〜表３から、本実施の形態では、曲率ｃとコーニック係数ｋが０となっていることがわかる。斜め入射による台形歪は、斜め入射の方向に極端に大きく発生し、これと垂直な方向に歪量は小さい。従って、斜め入射の方向とこれに垂直な方向とでは、大幅に異なる機能が必要であり、回転対称で全方向に機能する上記曲率ｃやコーニック係数ｋを利用しないことにより、非対称な収差を良好に補正することができる。

なお、上記表１〜４に示した数値は、液晶パネル１５０の画面上における１６×９の範囲の光変調された光学像（調光像）を画像表示用液晶パネル１７０の画面上における１４５２．８×８１７．２の大きさに投写する場合の一例である。

このときの図形歪を、添付の図８に示す。この図７の縦方向は、上記図６の上下方向、即ち、Ｙ軸の方向である。また、その横方向は画像表示用液晶パネル１７０上でＹ軸と直交する方向であり、図の長方形の中央が画面の中央と一致している。図は、画面の縦方向を４分割、横方向を８分割した直線の曲がりの状態を表示し、もって、図形歪の様子を示している。

本数値実施例により得られるスポットダイアグラムを、添付の図９に示す。この図９では、液晶パネル１５０の表示画面上、Ｘ，Ｙ座標の値で、（８，４．５）、（０，４．５）、（４．８，２．７）、（８，０）、（０，０）、（４．８、−２．７）、（８、−４．５）、（０、−４．５）の８点から射出した光束のスポットダイアグラムを、その上から順に示しており、その単位はｍｍである。また、各スポットダイアグラムの横方向は、画像表示用液晶パネル１７０上でのＸ方向であり、縦方向は画像表示用液晶パネル１７０上でのＹ方向である。このように、両者ともに、良好な性能を維持していることが分かる。

以上、拡大投写装置の一実施例について詳細に述べた。なお、上記の例では、投写レンズ２から出射された光線は自由曲面ミラー４で反射され、さらに平面反射ミラー５で折り返されて画像表示用液晶パネル１７０に向かうように構成されているが、しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、投写レンズの配置位置によっては、上記した折り返し用の平面反射ミラーを省略してもよいことは言うまでもない。

＜フレネルレンズシート＞
次に、光方向変換部としてのフレネルレンズシート１６０の一実施例について説明する。

図１０は、フレネルレンズシートの模式構成図であり、特に、図１０（ａ）図はフレネルレンズシートを投写装置側から見たときの斜視構成図を、図１０（ｂ）図はＧ−Ｇ線に沿った断面構成図をそれぞれ示している。

これらの図１０に示すように、フレネルレンズシート１６０は、画像表示用液晶パネル１７０の画面略中央側に対応して位置する屈折領域１６０Ｄと、画像表示用液晶パネル１７０の画面周縁側に対応して位置し、屈折領域１６０Ｄを取り囲むように配置された全反射領域１６０Ｅとで構成されている。屈折領域１６０Ｄには、基材１６１の画像表示用液晶パネル１７０側とは逆側の面上に、複数の屈折型フレネルレンズ１６２が同心円状に複数形成されている。屈折型フレネルレンズ１６２は、投写装置１０から投写された入射角が所定値以内の光線Ｌ６１を屈折し、もって、画像表示用液晶パネル１７０へ向かって垂直に出射させる機能を有する。また、全反射領域１６０Ｅには、基材１６１の画像表示用液晶パネル１７０側とは逆側の面上に、複数の全反射型フレネルレンズ１６７が同心円状に複数形成されており、この全反射型フレネルレンズ１６７は、投写装置１０から投写された入射角が所定値以上の光線Ｌ６６を全反射し、もって、画像表示用液晶パネル１７０へ向かって垂直に出射させる機能を有する。

周知のように、フレネルレンズシートを屈折型フレネルレンズのみで構成すると、フレネルレンズシートに入射する入射角（法線とのなす角度）が大きくなると共に、フレネルレンズの入射面での反射が生じ易くなり、反射ロスが大幅に増加し、そのため、画面の周縁部が暗くなる。そこで、本実施例では、例えば、ＷＯ２００４／０４９０５９号公報に記載された技術を適用し、即ち、画像表示用液晶パネル１７０の周縁部で、投写装置１０からの入射角が所定値以上となる領域に、全反射型プリズムを配置する。

まず、屈折領域１６０Ｄにおける屈折型フレネルレンズ１６２の動作について、以下に説明する。上記フレネルレンズシート１６０の屈折領域１６０Ｄにおける任意の断面での各屈折型フレネルレンズのプリズム面１６３を繋ぎ合わせると、一つの曲線（すなわち、包絡線）が得られる。この得られた包絡線の全ての断面における集合は、一つの仮想的な面を形成する。以下、この仮想面を「オリジナル面」と言う。

屈折領域１６０Ｄを構成する屈折型フレネルレンズに付随するオリジナル面は、投写型画像表示装置では、一般に球面とされるが、しかしながら、本実施形態では、例えば、特開２００６−１５４７１９号公報で開示されたフレネルレンズシートの技術を適用し、即ち、投写装置１０から画像表示液晶パネル１７０に入射する光線の入射角に応じた非球面形状とする。

このとき、各プリズム面のフレネル角は、屈折領域１６０Ｄにおいて、下部よりも上部の方が大きく設定される。これにより、フレネルレンズシート１６０の屈折領域１６０Ｄの入射面に入射された光線は、画像表示用液晶パネル１７０の略全面に亘って、画像表示用液晶パネル１７０の入射面にほぼ垂直に入射するようにその角度が変換される。

次に、上記した屈折領域１６０Ｄに形成される屈折型フレネルレンズ１６２において、同心円状に形成された複数のプリズム面１６３の面形状（所謂、フレネルレンズのオリジナル面）を設定する方法について、図１１の模式図を参照して詳細に説明する。なお、上述したように、屈折領域１６０Ｄを構成する屈折型フレネルレンズのプリズム面は、ある一点（回転軸）を中心とする同心円状に形成されている。そして、各屈折型フレネルレンズのプリズム面のフレネル角（すなわち、プリズム面とフレネルレンズシート１６０の主平面とのなす角度）を定めるためのオリジナル面は、非球面形状である。ここでオリジナル面とは、上述したように、各プリズム面のフレネル角を定めるためのものであり、フレネルレンズシート１６０の屈折領域１６０Ｄ全体を一つのレンズとしたときの、当該レンズ面を指す。すなわち、屈折型フレネルレンズのプリズム面のフレネル角を設定する場合には、まずフレネルレンズシート１６０の屈折領域１６０Ｄ全体がある一つのレンズ特性をもつものと想定し、そのレンズの面形状をオリジナル面として設定する。そして、そのオリジナル面の屈折領域１６０Ｄ各点に対応する形状（例えば、当該各点におけるオリジナル面の接線）を屈折領域１６０Ｄの面上に展開する。これにより、屈折領域１６０Ｄの各点におけるプリズム面のフレネル角が設定される。従って、フレネルレンズシートの屈折領域１６０Ｄ全体における各プリズム面を、そのフレネル角に応じて繋ぎ合わせた曲線、すなわちフレネルレンズシートの屈折領域１６０Ｄ全体における全プリズム面の集合を含む包絡線が、上記オリジナル面を表している。つまり、屈折領域１６０Ｄの各点のプリズム面における光の屈折方向は、その各プリズムに対応する上記オリジナル面の形状によって定まる。なお、上記回転軸は、フレネルレンズシート１６０の主平面（図１１のＸＹ面）と直交するものとする（図のＺ軸を含む面）。また、この回転軸は、フレネルレンズシート１６０に入射する光線２５と、フレネルレンズシート１６０を左右に等しく垂直に分割する面１６５（ＹＺ面に平行な面）とが交わる点Ｐ１５とを含む。すなわち、回転軸はフレネルレンズシート１６０の主平面に垂直な（画像表示用液晶パネル１７０の法線８と平行な）軸、すなわち、図１０の軸１６６となる。

但し、上記において、入射する光線２５は画像表示用液晶パネル１７０上の位置によってその入射角度（入射面の法線に対する角度）が変化することから、ここでは、上記によって求められる軸１６６も複数個が存在することとなる。なお、これら複数の軸の中から、そのほぼ中央にある軸を屈折型フレネルレンズの回転軸（即ち、屈折型フレネルレンズを構成する同心円状プリズムの中心位置）とする。

続いて、上記各プリズム面のフレネル角の形状（角度）を次のように求める。
まず、画像表示用液晶パネル１７０への入射光線を屈折領域１６０Ｄのプリズム面で屈折させながら、上記法線方向（出射角が０度）に出射させるためのプリズムの角度を、屈折領域１６０Ｄ各点のそれぞれについてスネルの法則により求める。次に、当該求めたプリズム面を連続させて、上記屈折型フレネルレンズのオリジナル面（非球面）を形成する。

なお、この求められるオリジナル面は、以下の非球面式により近似される。

ここで、ＺはＺ軸に平行な面のサグ量、ｒは回転軸からの距離、ｃは頂点での曲率、ｋはコーニック定数（円錐定数）、ＡからＦはｒのべき乗の項の係数（非球面係数）である。

このとき、更に、近似した非球面係数と実際の光線出射角との比較を行い、出射角が略０度になるように、回転軸の位置や非球面係数に、適宜、必要な修正及び／又は変更を加える。

このように、上記で求められる要素、即ち、屈折型フレネルレンズを構成する同心円状のプリズム部の回転中心となる回転軸の位置や、その各々のプリズム面の集合で形成されるオリジナル面の非球面係数によって、上記フレネルレンズシート１６０の屈折領域１６０Ｄ部分が構成される。

上記の過程を経て構成されたフレネルレンズシート１６０の模式断面図を、添付の図１２に示す。この図１２は、フレネルレンズシート１６０の断面であって、当該フレネルレンズシート１６０の法線と平行でかつ上記回転軸を含む面による断面を示している。

この図１２において、Ｚ＝ｆ(ｒ)はフレネルレンズシート１６０の屈折領域１６０Ｄにおける屈折型フレネルレンズに付随する非球面形状のオリジナル面１６４を表す多項式であり、上記数５で表されるものである。ここで、ｒは上記数５のｒに対応するもので、回転軸からの距離を表す。距離ｒ１における屈折型フレネルレンズのプリズム面１６３のフレネル角θ１（フレネルレンズシート１６０の主平面とプリズム面のなす角度）は、距離ｒ１におけるオリジナル面１６４の傾き（接線）とほぼ等しい。すなわち、数３で表されるオリジナル面の非球面式をＺ＝ｆ(ｒｎ )、ｎを１以上の整数としたとき、屈折領域１６０Ｄの各位置の
フレネル角θｎは、数６で表される。

よって、θ１ ＝ｆ(ｒ１ )´、θ２ ＝ｆ(ｒ２ )´、θ３ ＝ｆ(ｒ３ )´…となる。このように、屈折領域１６０Ｄの各位置のフレネル角θｎ は、非球面式の各位置（各距離ｒｎ）における微分値にほぼ対応している。このようにして、フレネルレンズシート１６０における屈折領域１６０Ｄの各位置のフレネル角θｎが設定される。

上述したように、投写装置１０からフレネルレンズシート１６０の屈折領域１６０Ｄに入射された光線は、屈折型フレネルレンズの各プリズム面１６３によって屈折される。上述したように、屈折型フレネルレンズのオリジナル面１６４を、屈折領域１６０Ｄ各位置への入射光線の入射角に応じた非球面形状にすることにより、各プリズム面１６３によって屈折されたそれぞれの光線は、フレネルレンズシート１６０の法線とほぼ平行になる。ここでは、上記図１２から明らかなように、フレネルレンズシート１６０の屈折領域１６０Ｄ上部に位置する（すなわち、画像表示用液晶パネルの縦方向上部で回転軸から遠い位置の）プリズム面１６３のフレネル角θは、フレネルレンズシート１６０の屈折領域１６０Ｄ下部に位置する（すなわち、画像表示用液晶パネルの縦方向下部で回転軸に近い位置の）プリズム面１６３のフレネル角θよりも大きくしている。これは、本実施の形態における斜め投写では、画像表示用液晶パネル下部よりも画像表示用液晶パネル上部の方が光線の入射角が大きいためである。

次に、全反射領域１６０Ｅにおける全反射型フレネルレンズ１６７について、上記図１２を参照して説明する。この図１２に示すように、全反射領域１６０Ｅの全反射型フレネルレンズは、屈折面１６７１と全反射面１６７２とを含んでなる。全反射領域１６０Ｅにある全反射型フレネルレンズ１６７に入射した光線Ｌ６６は、その屈折面１６７１で屈折を受け、全反射面１６７２に向かう。そして、全反射面１６７２で全反射され、フレネルレンズシート１６０を出射して、画像表示用液晶パネル１７０に垂直に入射する。

入射光線を画像表示用液晶パネル１７０へ垂直に出射させるためには、全反射面１６７２と主平面とのなす角αを、投写装置１０に近い全反射型フレネルレンズから遠い全反射型フレネルレンズに掛けて徐々に小さくなるように設定し、また、屈折面１６７１と主平面とのなす角βを、逆に、投写装置１０に近い全反射型フレネルレンズから遠い全反射型フレネルレンズに掛けて徐々に大きく設定する。このようにして、全反射領域に入射した光線を画像表示用液晶パネル１７０へ垂直に出射させることができる。

以上述べたように上記フレネルレンズシート１６０を構成すれば、投写装置１０から画像表示用液晶パネル１７０に向けて投写される光線を、画像表示用液晶パネル１７０への入射角が略０度となるように変換して出射させることが可能となる。従って、本実施の形態によるフレネルレンズシートを用いることにより、投写装置１０からの光線が画像表示用液晶パネル１７０の法線に平行（つまり、画像表示用液晶パネル１７０に垂直）に入射することから、画像表示用液晶パネル１７０において、高コントラストの画像を表示することが可能となる。

なお、上記したフレネルレンズシート１６０では、シートの入射側に、屈折領域と全反射領域を設けることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明者らが既に出願した特開２００５−９１５４１号公報に記載されるように、シートの入射側では、入射角が所定値以上の周縁部に全反射領域を設け、シートの出射側では、入射角が所定値以下の中央部に屈折領域を設けるようにしてもよい。

ところで、上記の図１にその構造を示した液晶表示装置、特に、液晶パネル１７０をその背後から照明（バックライトを照射）する背面光投射装置（ユニット）１００では、その光源１１０から照射される光量分布（光強度分布、照度分布ともいう）が一様化（均一化）されてないことから、当該画像表示用液晶パネル上の画像において明るさに不均一（所謂、ムラ）が生じる可能性がある。そこで、上記背面光投射装置（ユニット）１００の変形例として、光源と液晶パネルとの間に、当該光源からの照明光の光量分布を一様化するための、所謂、インテグレータを挿入した実施の形態について、以下に説明する。

＜背面光投射装置（ユニット）＞
＜変形例１＞
添付の図１３に示すように、この変形例になる背面光投射装置（ユニット）１００では、光源１１０と、対をなしてマルチレンズ方式インテグレータ１２０として機能する第１のマルチレンズ素子１２１と第２のマルチレンズ素子１２２と、偏光変換素子１３０Ａと、重畳レンズ１４１と、フィールドレンズ１４５と、液晶パネル１５０と、投写装置１０と、フレネルレンズシート１６０とを含んで構成されている。なお、この図１３では、背面光投射装置（ユニット）の構成要素をなす光方向変換部としてのフレネルレンズシート１６０（上記図２を参照）の図示が省略されている。

なお、図１３において、光源１１０は、ランプ１０１と、リフレクタ１０２とからなる。このランプ１０１は、高圧水銀ランプの白色ランプである。また、リフレクタ１０２は、ランプ１０１を背後側から覆うように配置された、例えば、回転放物面形状の反射面を有するものであり、円形又は多角形の出射開口を有している。そして、このランプ１０１から射出された光は、回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ１０２によって反射され、光軸１１５に略平行となり、光源１１０から略平行の光束が射出される。光源１１０から射出された光は、マルチレンズ方式のインテグレータに入射する。

上述したように、マルチレンズ方式インテグレータ１２０は、第１のマルチレンズ素子１２１と第２のマルチレンズ素子１２２とから構成されている。なお、第１のマルチレンズ１２１は、光軸１１５方向から見て液晶パネル１５０や画像表示用液晶パネル１７０とほぼ相似な矩形形状を有しており、複数のレンズセルがマトリックス状に配設されて形成されたものであり、光源から入射した光を複数のレンズセルで複数の光に分割し、もって、効率よく第２のマルチレンズ素子１２２と偏光変換素子１３０Ａを通過するように導く。すなわち、第１のマルチレンズ素子１２１は、ランプ１０１と第２のマルチレンズ素子１２２の各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。

第２のマルチレンズ素子１２２も、第１のマルチレンズ素子１２１と同様に、光軸１１５方向から見て矩形形状であり、かつ、複数のレンズセルがマトリクス状に配設された構成を有しており、当該レンズ素子を構成するレンズセルは、それぞれ、対応する第１のマルチレンズ素子１２１のレンズセルの形状を、重畳レンズ１４１と共に液晶パネル１５０の上に投影（写像）する。そして、この過程で、偏光変換素子１３０Ａの働きによって、で第２のマルチレンズ素子１２２からの光は所定の偏光方向に揃えられる。同時に、第１のマルチレンズ素子１２１の各レンズセルの投影像は、それぞれ、重畳レンズ１４１の働きにより重畳される。そして、当該投影像からの光は、フィールドレンズ１４５により光軸１１５にほぼ平行となるように屈曲された後、液晶パネル１５０上に入射する。即ち、当該投影像が液晶パネル１５０上に重ね合わせられる。その後、上記図３〜図５に詳細を示した、自由曲面ミラーの反射を利用して短距離傾斜投写光学系を介して、液晶表示装置の画像表示用液晶パネル１７０背面側の短距離から、斜めに拡大してバックライトとして投写される。

なお、第２のマルチレンズ素子１２２と、これに近接して配設される集光レンズ１４１とは、第１のマルチレンズ素子１２１の各レンズセルと液晶パネル１５０とが、光学的に物体と像の関係（即ち、共役な関係）になるように設計されているので、第１のマルチレンズ素子１２１で複数に分割された光束は、第２のマルチレンズ素子１２２と重畳レンズ１４１によって、液晶パネル１５０上に重畳して投影され、もって、液晶パネル１５０（更には、画像表示用液晶パネル１７０）上の光量分布が一様となる。

ここで、上述した偏光変換素子１３０Ａの偏光変換作用について、添付の図１４を用いて説明する。なお、この図１４は、偏光変換素子を光軸を含み液晶パネルの長辺に沿って切断した断面構成図である。

即ち、図１４に示すように、偏光変換素子１３０Ａは、液晶パネル１５０の短辺に平行な方向に沿って伸びた平行四辺形柱である透光性部材３１が、光軸１１５方向に対して直交する面に平行して、液晶パネル１５０の長辺に平行な方向に複数アレイ状に配列され、もって、アレイ状に配列され隣接する透光性部材３１間の界面に交互に偏光ビームスプリッタ膜（以下、「ＰＢＳ膜」と省略する）３２と反射膜３３が形成されている。また、偏光変換素子１３０Ａの入射側の開口部３５を通り、ＰＢＳ膜３２を透過した光が出射する出射面には、λ／２位相差板３４が設けられている。また、偏光変換素子１３０Ａは、光軸１１５と平行四辺形柱の透光性部材３１の延伸方向とで形成される面（以下、この面を便宜上「光軸面」と称する）Ｓ１１５に対して対称に構成されている。

以上のように構成された偏光変換素子１３０Ａに、第１のマルチレンズ素子１２１、第２のマルチレンズ素子１２２を通って開口部３５に入射した光線３７のうち、例えば、そのＳ偏光光は、ＰＢＳ膜３２で反射され、対向する反射ミラー３３で反射されてＳ偏光光として出射する。また、Ｐ偏光の光は、ＰＢＳ膜３２を透過し、出射面のλ／２位相差板３４によりＳ偏光の光に変換されて出射する。このような基本と成る偏光変換部３０が複数集めて構成された偏光変換素子１３０Ａは、入射した光の偏光方向を所定の偏光方向の光（ここでは、Ｓ偏光の光）に変換して（揃えて）出射する。なお、Ｐ偏光の光の揃える場合には、Ｓ偏光光の出射面に、更に、λ／２位相差板３４を設けるようにすればよい。

以上述べたように、対をなす第１のマルチレンズ素子１２１と第２のマルチレンズ素子１２２とで構成されたマルチレンズ方式インテグレータ１２０を採用することによれば、より均一な光量分布の光で、液晶パネル１５０を照明することが可能となる。その後、上記図３〜図５に詳細を示した、自由曲面ミラーの反射を利用して短距離傾斜投写光学系を介して、液晶表示装置の画像表示用液晶パネル１７０背面側の短距離から、斜めに拡大して投写することにより、画像表示用液晶パネル１７０をより均一な光量分布のバックライトが得られることとなる。

＜変形例２＞
なお、上記の例では、照明光を一様化（均一化）するインテグレータとして、対をなす第１のマルチレンズ素子と第２のマルチレンズ素子とからなるマルチレンズ方式インテグレータ１２０を用いた例について説明したが、更に、これに代え、インテグレータの一種であるロッド型インテグレータを用いることも可能であり、その場合の背面光投射装置（ユニット）１００について、以下に添付の図１４を参照しながら説明する。

なお、このロッド型インテグレータとしては、ライトファネルやロッドレンズなどが挙げられるが、ここでは、その一例として、ライトファネルを用いたものについて述べる。また、ここでは、上述した光変調（光強度変調）用の液晶パネル１５０として、透過型に代え、反射型の液晶パネルを用いた例を示す。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、ライトファネルに代えてロッドレンズを用いてもよく、また、光学系の構成が変わるが、反射型液晶パネルに代えて微小ミラーや透過型の液晶パネルを用いてもよい。

添付の図１５は、更に他の変形例として、ロッド型インテグレータを採用した背面光投射装置（ユニット）１００の模式構成図である。この図１５にも示すように、この背面光投射装置（ユニット）は、光源１１０Ｂと、インテグレータとして機能するライトファネル１２５と、偏光変換素子１３０Ｂと、集光レンズ１４２と、フィールドレンズ１４６と、偏光板１５１と、偏光ビームスプリッタプリズム（以下、「ＰＢＳプリズム」と省略する）１５２と、反射型液晶パネル１５０Ｂと、偏光板１５３と、投写装置１０と、フレネルレンズシート１６０とを含んでなる。なお、この図１５でも、やはり、光方向変換部としてのフレネルレンズシート１６０（図２を参照）の図示が省略されている。

まず、上記と同様に、光源１１０Ｂは、ランプ１０１と、リフレクタ１０３とからなる。ランプ１０１は、高圧水銀ランプの白色ランプである。リフレクタ１０３は、ランプ１０１を背後側から覆うように配置された、回転楕円面形状の反射面を有する。これにより、リフレクタ１０３の第１焦点に配置されたランプ１０１から射出された光は、回転楕円面形状の反射面を有するリフレクタ１０３によって反射され、リフレクタ１０３の第２焦点位置近傍に配置されているライトファネル１２５の入射面１２５ａに集光して入射する。すなわち、リフレクタ１０３は、ランプ１０１から射出された光をライトファネル１２５の入射面１２５ａに集光する集光部として機能する。勿論、上記の変形例と同様に、リフレクタ１０３として回転放物面形状の反射ミラーを用い、集光レンズでライトファネル１２５の入射面１２５ａに集光するようにしてもよい。

一方、ライトファネル１２５は、万華鏡のように中空の光パイプ（所謂、ライトパイプ）で構成され、入射した光を、複数回、全反射を繰り返して入射光の光量分布を一様（均一）にする機能を有する。ここでは、光軸１１５に直交する断面の面積が出射側に次第に大きくなるライトパイプを用いているが、しかしながら、これに代えて、中身が詰まったロッドレンズを用いてもよい。

次に、ライトファネル１２５に入射した光線は、ライトファネルの側面で全反射を繰り返し、出射面１２５ｂでは様々な角度の光が重畳された状態となり、光量分布が一様となる。また、ライトファネル１２５の断面形状が出射側に向かって徐々に大きくなっており、出射面１２５ｂから出射する光線角度は光軸にほぼ平行となっている。このライトファネル１２５を出射した光は偏光変換素子１３０Ｂに入射する。

また、偏光変換素子１３０Ｂは、ライトファネル１２５の出射面１２５ｂに設けられたＰＢＳ膜４１ａを有するＰＢＳプリズム４１と、ＰＢＳプリズム４１のＰＢＳ膜４１ａで反射されるＳ偏光光が向かう側に配置された全反射膜４２ａを有する全反射プリズム４２と、そして、ＰＢＳプリズム４１のＰＢＳ膜４１ａを透過するＰ偏光光が出射する出射面４１ｂに設けられたλ／２位相差板４３とを含んで構成されている。

上記の構成において、ライトファネル１２５から偏光変換素子１３０ＢのＰＢＳプリズム４１に入射した、光量分布が一様でかつ偏りのない光の内、Ｓ偏光の光（Ｓ偏光光）は、ＰＢＳ膜４１ａで反射され、全反射プリズム４２に入射し、全反射膜４２ａで反射されて、全反射プリズムの出射面４２ｂから出射する。また、ＰＢＳプリズム４１に入射したＰ偏光の光（Ｐ偏光光）はＰＢＳ膜４１ａを透過し、出射面４１ｂから出射し、さらに、λ／２位相差板４３でＳ偏光光に変換されて出射する。このようにして、偏光変換素子１３０Ｂに入射した偏りのない光は、偏光変換素子１３０Ｂによって、Ｓ偏光光に揃えられる。

なお、偏光変換素子１３０Ｂには、出射側に広がったライトファネル１２５でほぼ光軸１１５に平行とされた光線が入射するので、ＰＢＳ膜４１ａで効率良く偏光分離することができる。また、出射面４１ｂと出射面４２ｂで構成される偏光変換素子１３０Ｂの出射面の形状は、反射型液晶パネル１５０Ｂとほぼ相似に形成されている。

また、集光レンズ１４２は、偏光変換素子１３０Ｂの出射面を、反射型液晶パネル１５０Ｂに写像するリレーレンズである。すなわち、偏光変換素子１３０Ｂから出射したＳ偏光光は、集光レンズ１４２で集光され、フィールドレンズ１４６で光軸１１６にほぼ平行とされ、偏光板１５１を通り、ＰＢＳプリズム１５２で反射されて反射型液晶パネル１５０Ｂに入射する。この反射型液晶パネル１５０Ｂで変調されて形成された調光像はＰ偏光光であることから、次に、ＰＢＳプリズム１５２を透過し、その際、偏光板１５３でコントラストが高められ、背面光投射装置（ユニット）１００から画像表示用液晶パネル１７０に向けて拡大投写される。

＜変形例３＞
更に、以下には、上述した変形例を基に、更なるコストダウンを図ることが可能な直視型の液晶表示装置、特に、その液晶パネル１７０をその背後から照明（バックライトを照射）する背面光投射装置（ユニット）１００の更なる変形例について、添付の図１６を参照しながら説明する。

本変形例の画像表示装置は、上述した変形例２とは、ライトファネル１２５の入射面１２５ａ近傍に時分割色分離部としてカラーホイールを配置した点で異なる。カラーホイールを用いることによれば、単色表示（例えば、白黒表示）を行う画像表示用光変調部でカラー画像を時分割で表示（色順次表示）することができる。従って、画像表示用光変調部として液晶パネルを使用する場合、カラー表示を行う液晶パネルが備えるカラーフィルタを削除することが可能となる。また、カラー表示を行う場合、１画素は一組のカラー画素（Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素）で構成されるが、単色表示の場合、１画素で表示するので、全体の画素数が少ないパネルを用いることができ、もって、コストダウンを図ることができる。

まず、図１６は、変形例３による画像表示装置の模式構成図である。この図１５において、参照符号１８０はカラーホイールを、１７０Ｂは上記した単色表示を行う画像表示用液晶パネルを示している。

カラーホイール１８０は、例えば、Ｒ光（赤色光）を透過するＲ光フィルタ１８１と、Ｇ光（緑色光）を透過するＧ光フィルタ１８２と、Ｂ光（青色光）を透過するＢ光フィルタ１８３とが、周方向に所定の割合で形成された円盤により構成されており、その中心には、回転軸(図示せず)を有しており、図示しない駆動部により高速回転する。このように構成されたカラーホイール１８０は、光源１１０Ｂとライトファネル１２５との間で、ライトファネル１２５の入射面１２５ａの近傍に配置されている。

かかる構成において、光源１１０Ｂから射出される略白色の集束光は、カラーホイール１８０により時分割でＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分離される。そして、カラーホイール１８０で色分離された色光は、次に、ライトファネル１２５に入射し、そこで光量分布が一様にされた後、偏光変換素子１３０Ｂにより、Ｓ偏光光に変更される。さらに、反射型液晶パネルにより調光され、当該調光像は、投写装置１０により画像表示用液晶パネル１７０Ｂ上に拡大照射される。画像表示用液晶パネル１７０Ｂは、照射された調光像に光変調を行い、高コントラストな画像を形成する。このような過程により、画像表示用液晶パネル１７０Ｂには、時分割でＲ光の画像、Ｇ光の画像、Ｂ光の画像が形成され、視覚的にカラー画像として認識される。

即ち、上記の構成になるカラー直視型画像表示装置によれば、そのコストダウンを図ることが可能となる。なお、上記の例では、調光用の光変調部に、反射型液晶パネルを用いた構成について説明したが、これに代えて、微小ミラーを用いてもよい。この微小ミラーは、液晶パネルよりもコントラスト比が大きいので、より好適に用いることができる。

更に、以上の述べた各種の実施の形態では、画像表示用液晶パネル１７０Ｂの入射側と出射側に偏光板を備えるものとして説明した。しかしながら、特に、本発明が係わる直視型画像表示装置の場合、その画面サイズが大きい。そこで、調光用の光変調部として液晶パネル（例えば、図２の参照符号１５０を参照）を用いる場合、液晶パネルの光路上の前後に配置される偏光板、例えば、出射側偏光板を２枚として偏光度を高めることによれば、画像表示用液晶パネル１７０Ｂの入射側偏光板を削除することが可能となる。この場合、液晶パネルに付随する偏光板のサイズは、ほぼ液晶パネルと同等であり、出射側偏光板を２枚構成とすることによるコストアップよりも、画像表示用液晶パネル１７０Ｂの入射側偏光板を削除することによるコストダウンが大きく、結果的に、直視型画像表示装置のコストダウンを図ることが可能になる。また、調光用の光変調部として微小ミラーを用いる場合、当該微小ミラーは、液晶パネルに比較して、コントラスト比が十分に大きく取れることから、画像表示用液晶パネル１７０Ｂの入射側偏光板の削除を可能とする。

最後に、添付の図１７〜図１９は、上述した液晶表示装置、即ち、直視タイプの薄型映像表示装置を、各種の画像と共に、書き込んだ内容を読み取ってきれいに表示するプレゼンテーション装置である、所謂、電子黒板装置に適用した一例を示している。即ち、この電子黒板装置３００は、大型の直視タイプの表示装置である液晶パネル１７０を、例えば、移動可能なキャスターの枠体２０２に取り付けたものである。なお、この電子黒板装置では、その表示画面２０１の表面側に利用者が立って説明や書き込みをする形態が多く、そのため、その表示装置である液晶パネル１７０の表面側には、更に、表示画面２０１上での書き込みを可能にすると共に、液晶パネル１７０を保護するための、透明なガラス板２５０が設けられている。また、この図中においても、大型の液晶パネル１７０の背面から斜め方向に背面光（バックライト）を投写するための背面光投射装置（ユニット）１００が、キャスターの枠体２０２の下辺部に取り付けられている。

添付の図１８は、上記図３と同様に、上記電子黒板装置における、特に、液晶表示装置の背面側の短距離から斜めに拡大して投写する短距離傾斜投写光学系を含めて模式的に示している。なお、上記図３に示した光学系との相違点としては、上述したように、液晶パネル１７０の表面側（図の左側）には、更に、当該パネルを覆うように、略同じサイズの（なお、本例では、僅かに大きくい）ガラス板２５０が設けられており、その周辺部には、表示画面２０１上での書き込みを検出するためのタッチ入力部を構成するタッチセンサ２５５が設けられている。この図１８でも、平面反射ミラー５は鉛直方向に対して傾斜して設けられているが、図１に示すように垂直に設けてもよい。

加えて、添付の図１９は、上記電子黒板装置の構成の一例を示すのブロック図である。図において、電子黒板装置３００は、上記図２に示した液晶表示装置の短距離傾斜投写光学系を構成する背面光投射装置（ユニット）１００と共に、以下の構成を備えている。即ち、画像を表示する液晶パネル１７０の前面に配置されたガラス板２５０上で、指先またはタッチペンでその表面（書き込み面）をタッチすることにより電気的に文字や図形等を入力して表示もしくは消去することが可能なタッチ入力部２０１（上記タッチセンサ２５５を含む）と、指先またはタッチペンでタッチされた表面上の座標位置の演算等を行うタッチ入力部用のコントローラ（例えば、マイクロコントローラ等により構成される）２０１と、当該コントローラ３０１から座標位置情報を入力し、入力した座標位置情報に基づいて、タッチ入力部２０１を介して入力された文字・図形等を液晶パネル１７０上に描画する処理等、更には、システム全体を制御する制御部（やはり、マイクロコントローラ等により構成される）３０３等を備えている。

また、電子黒板装置３００には各種の周辺機器を接続することができる。例えば、原稿の画像を読み取るためのスキャナや、画像データを記録紙に出力するプリンタなどが、その制御部３０３に接続することが出来る。また、制御部３０３を介して電子黒板装置をネットワーク４００に接続することもでき、もって、ネットワーク４００上に接続された他のコンピュータで作成したデータを液晶パネル１７０上に表示し、電子黒板装置３００で作成したデータを他のコンピュータに転送することも可能となる。

さらに、ここでは図示しないが、液晶パネル１７０には映像信号の入力端子やスピーカー設けられており、ビデオプレイヤーをはじめ、その他レーザディスク
プレイヤー、ＤＶＤプレイヤー、ビデオカメラ等の各種情報機器やＡＶ機器を接続し、その大画面モニタとしても利用することができる。なお、上記に代えて、タッチ入力部２０１としては、超音波表面弾性波方式のタッチ入力装置を用いることも可能であろう。

かかる電子黒板装置においても、上記の液晶表示装置と同様、背面光投射装置（ユニット）１００やその駆動回路を含めた発熱源から液晶パネル１７０への熱伝達を抑制するこのことにより、当該液晶パネル１７０やその一部に取り付けた偏光板の発熱による劣化を防止することが可能となる。特に、上述したように、液晶パネル１７０では、その表面を覆うようにガラス板２５０が設けられていることから、その背面での発熱は筐体内に滞留しやすいが、しかしながら、上述の構成によれば、かかる場合においても、背面光投射装置（ユニット）１００などからの発熱が、液晶パネル１７０やその表面を覆うようにガラス板２５０に伝達することを抑制することにより、電子黒板装置の利用者に対して違和感や不快感を与えることを解消することも可能となる。

なお、以上の説明では、画像表示用液晶パネル１７０をその背後からバックライトを拡大照射する背面光投射装置（ユニット）１００は、当該液晶パネル１７０の下方に配置する例についてのみ説明したが、しかしながら、本発明は上記の実施の形態に限定されることなく、例えば、液晶パネル１７０の上方、又は、その左右側方に配置することによっても、上記と同様の効果を得ることが可能であることは当業者であれば明らかであろう。

本発明の一実施の形態になる液晶表示装置である、直視タイプの薄型映像表示装置の全体とその背面光（バックライト）の投射原理を説明する斜視図である。 液晶表示装置の背面短距離から斜めに拡大して投写する短距離傾斜投写光学系を構成する背面光投射装置（ユニット）含めて模式的に示す図である。 上記背面光投射装置（ユニット）含めた投写光学系の基本的な構成を示す断面図である。 上記投写光学系を構成する、レンズを含む各構成要件を具体的に示した斜視図である。 上記投写光学系を構成する、レンズ面を示すための断面図である。 上記投写光学系のＹＺ断面における光線図である。 上記投写光学系のＸＺ断面における光線図である。 上記投写光学系による歪性能を表す図である。 上記投写光学系による投写光学系のスポット性能を表す図である。 上記投写光学系を構成するフレネルレンズシートの模式構成図である。 屈折領域の屈折型フレネルレンズを構成するプリズム面形状を設定する方法の一例を示す説明図である。 屈折領域におけるプリズム面とオリジナル面との関係を示す図である。 上記液晶表示装置における背面光投射装置（ユニット）の変形例（変形例１）を示す模式構成図である。 上記図１３の背面光投射装置（ユニット）における偏光変換素子を、光軸を含み液晶パネルの長辺に沿って切断して示す断面図である。 上記液晶表示装置における背面光投射装置（ユニット）の他の変形例（変形例２）を示す模式構成図である。 上記液晶表示装置における背面光投射装置（ユニット）の更に他の変形例（変形例３）を示す模式構成図である。 上述した液晶表示装置を、プレゼンテーション装置である、所謂、電子黒板装置に適用した一例を示す斜視図である。 上記図１７に示した電子黒板装置における投写光学系の基本的な構成を示す断面図である。 上記図１７に示した電子黒板装置の構成の一例を示すのブロック図である。 背面光投射装置（ユニット）の他の例を示す図。

符号の説明

２…投写レンズ、４…自由曲面ミラー、５…平面反射ミラー、９…光軸、１０…投写装置、１２…前群、１３…後群、１４…光路折り曲げミラー、２１…画面中央光線、２２，２３…光線、２５…光線、３０…偏光変換部、３１…透光性部材、３２…ＰＢＳ膜、３３…反射膜、３４…λ／２位相差板、３５…開口部、３７…光線、４１…ＰＢＳプリズム、４１ａ…ＰＢＳ膜、４１ｂ…出射面、４２…全反射プリズム、４２ａ…全反射膜、４２ｂ…出射面、４３…λ／２位相差板、１００…背面光投射装置（ユニット）、１０１…ランプ、１０２…リフレクタ、１０３…リフレクタ、１１０…光源、１１５…光軸、Ｓ１１５…光軸面、１１６…光軸、１２０…マルチレンズ方式インテグレータ、１２１…第１のマルチレンズ素子、１２２…第２のマルチレンズ素子、１２５…ライトファネル、１２５ａ…入射面、１２５ｂ…出射面、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ…偏光変換素子、１４１…重畳レンズ、１４２…集光レンズ、１４５…フィールドレンズ、１４６…フィールドレンズ、１５０…液晶パネル、１５０Ｂ…液晶パネル、１５１…偏光板、１５２…ＰＢＳプリズム、１５３…偏光板、１６０…フレネルレンズシート、１６０Ｄ…屈折領域、１６０Ｅ…全反射型領域、１６１…基材、１６２…屈折型フレネルレンズ、１６３…プリズム面、１６４…オリジナル面、１６５…フレネルレンズシートを左右均等に垂直分割する面、１６６…回転軸、１６７…全反射型フレネルレンズ、１６７１…屈折面、１６７２…全反射面、１７０，１７０Ｂ…画像表示用液晶パネル、１８０…カラーホイール、１８１…Ｒ光フィルタ、１８２…Ｇ光フィルタ、１８３…Ｂ光フィルタ、１９１…映像信号、１９２…パネル駆動回路、１９５…パネル駆動回路。

Claims (13)

1. 液晶表示装置と、当該液晶表示装置の背面から背面光を投射する背面光投射装置とを備えた液晶表示装置であって、
   前記背面光投射装置は、光源からの光を、前記液晶表示装置の背面側から斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系により構成したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記請求項１に記載の液晶表示装置において、前記傾斜投写光学系は、その一部に配置した自由曲面ミラーを備え、もって、前記光源からの光を反射して前記背面光を液晶表示装置の背面から投射することを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記請求項２に記載の液晶表示装置において、前記自由曲面ミラーと前記液晶表示装置の背面との間には、更に、平面反射板を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
4. 前記請求項１に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示装置の背面側に、更に、前記傾斜投写光学系から入射した光を、当該液晶表示装置の表示面に略垂直に出射するための光方向変換部を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記請求項１に記載の液晶表示装置において、前記傾斜投写光学系の一部に、前記背面光の光強度を変調する光変調部を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
6. 前記請求項１に記載の液晶表示装置において、前記傾斜投写光学系は、更に、自由曲面レンズを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
7. 前記請求項１に記載の液晶表示装置において、更に、前記光源と液晶パネルとの間には、当該光源からの照明光の光量分布を一様化するための手段を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
8. 前記請求項１に記載の液晶表示装置を表示面として利用したことを特徴とする電子黒板装置。
9. 液晶表示装置のバックライトとして使用される光投射ユニットであって、
   光源からの光を、前記液晶表示装置の背面側から斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系により構成された背面光投射ユニットであって、その一部に自由曲面ミラーを備え、もって、前記光源からの光を反射して前記背面光を液晶表示装置の背面から投射することを特徴とする背面光投射ユニット。
10. 前記請求項９に記載の背面光投射ユニットにおいて、前記自由曲面ミラーと前記前記液晶表示装置の背面との間には、更に、平面反射板を設けたことを特徴とする背面光投射ユニット。
11. 前記請求項９に記載の背面光投射ユニットにおいて、その一部に、更に、前記背面光の光強度を変調する光変調部を備えていることを特徴とする背面光投射ユニット。
12. 前記請求項９に記載の背面光投射ユニットにおいて、更に、自由曲面レンズを備えていることを特徴とする背面光投射ユニット。
13. 前記請求項９に記載の背面光投射ユニットにおいて、更に、前記光源と前記自由曲面ミラーとの間には、当該光源からの照明光の光量分布を一様化するための手段を設けたことを特徴とする背面光投射ユニット。

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