JP2011197539A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】折り返しミラーの変形によって生じるスクリーン上のゆがみやぼけを防止し、省スペースでシンプルなデザインの投射型画像表示を得る。
【解決手段】映像を投射する光学エンジン１と、光学エンジン１からの投射光の映像を表示する映像表示スクリーン３と、光学エンジン１からの投射光を映像表示スクリーン３へ反射する折り返しミラー２と、光学エンジン１と折り返しミラー２の後部と映像表示スクリーン３とを保持する光学系支持部材５とを備える。映像表示スクリーン３は、折り返しミラー２の前部を映像表示スクリーン３の上辺部にて保持する。
【選択図】図６

Description

この発明は、投射型画像表示装置の構造に関し、特に奥行きが小さい薄型の投射型画像表示装置に関するものである。

投射型画像表示装置では、光学エンジンにおいて光源からの光に情報を与えて映像光とし、この映像光を折り返しミラーで反射してスクリーンに投射することで画像が表示される。画像のゆがみやぼけを防止するため、光学エンジンとスクリーン、折り返しミラーの相対角度ずれを高精度に保つ必要があり、特に折り返しミラーの変形を抑えるため、ミラーの厚みを厚くしたり、ミラーの外周や背面側に強固な補強部材を貼り付けたりしていた。

また、投射型画像表示装置を薄型にするために、装置の高さとスクリーンから折り返しミラーの後端までの奥行きの距離を例えば１０：３程度にし、折り返しミラーへの投射方向と水平方向のなす角を極めて大きくした（投射角度を急峻にした）ものでは、装置の天面近傍に配置された折り返しミラーの僅かな変形やスクリーンに対する相対位置ずれが、スクリーン上に投影された表示画像のゆがみやぼけを生じさせる原因となる。そのため、従来のリアプロジェクションディスプレイ装置においては、剛性を高めた強固なフレーム構造体とし、また、運搬などの移動後に容易に折り返しミラーの角度調整を行える構造となっている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−１８３３０１号公報（第６〜１０頁、第９〜１１図、第１９図）

従来のリアプロジェクションディスプレイ装置においては、ミラー背面の強固な補強部材や、スクリーン上部の意匠フレーム近傍の強固な補強構造及び角度調整用の複雑な構造を必要とするため、意匠フレームの幅を厚くしなければならず、省スペースでシンプルなデザインには対応が難しいといった問題があった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、折り返しミラーの変形によって生じるスクリーン上のゆがみやぼけを防止し、省スペースでシンプルなデザインの投射型画像表示装置を得るものである。

この発明に係る投射型画像表示装置は、映像を投射する光学エンジンと、光学エンジンからの投射光の映像を表示する映像表示スクリーンと、光学エンジンからの投射光を映像表示スクリーンへ反射する折り返しミラーと、光学エンジンと折り返しミラーの後部と映像表示スクリーンとを保持する光学系支持部材とを備える。映像表示スクリーンは、折り返しミラーの前部を映像表示スクリーンの上辺部にて保持するものである。

この発明によれば、折り返しミラーの前部を映像表示スクリーンで保持するため、映像表示スクリーン上部の強固な補強構造が不要となり、省スペースで折り返しミラーを保持することがでる。その結果、折り返しミラーの変形を抑制し、映像のゆがみやボケの少ない高画質な映像で、なおかつ省スペースでシンプルな投射型画像表示装置が得られる。

この発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の光学系を示す側面図である。 この発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置のフレーム構造の概略を示す側面図である。 この発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置のフレーム構造を示す斜視部分断面図である。 この発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の内部構造を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の折り返しミラーが変形した場合の側面図である。 この発明の実施の形態１に係るスクリーンフレームの上辺の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るスクリーンフレームの上辺の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係るスクリーンフレームの上辺の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態４に係るスクリーンフレームの上辺の構造を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の投射型画像表示装置の光学系を示す側面図である。この図において、光学エンジン１は、光源１１、第一の折り返しミラー１２、非平面ミラー１３で構成される。第２の折り返しミラー２は光学エンジン１からの上方への投射光を反射し、この反射光は映像表示スクリーン３に投射されて、映像が表示される。反射光ａはこのスクリーン３に投射される映像の上端を示したもので、反射光ｂはその下端を示している。映像範囲Ａ１は、反射光ａから反射光ｂまでの範囲でスクリーン３上の正規の映像範囲及び映像位置を示している。

図２は、投射型画像表示装置のフレーム構造の概略を示す側面図であり、図３は背面から見た場合の投射型画像表示装置のフレーム構造の斜視部分断面図であり、図４は正面側から見た場合の投射型画像表示装置の第２の折り返しミラー２の周辺の内部構造を示す斜視図ある。

投射型画像表示装置は、光学エンジン１、第２の折り返しミラー２、スクリーン３、スクリーン３の全周を保持し意匠フレームを兼ねるスクリーンフレーム４、光学系支持部材５、ボトムフレームユニット６にて構成されている。光学系支持部材５は、光学要素を構成する光学エンジン１、第２の折り返しミラー２、スクリーン３を保持したスクリーンフレーム４を所定の位置に保持する構造となっている。また、ボトムフレームユニット６は、光学要素を保持した光学系支持部材５を底面に対して自立するように構成されている。光学要素が光学系支持部材５に集約されているため、設置の際にボトムフレームユニット６と光学系支持部材５がずれても、光学系支持部材５の中の光学系はずれないため、映像表示位置のずれを防ぐ事が出来る。

前述の光学系支持部材５は、フロントフレーム５１、トップフレーム５２、及び、背面フレーム５３にて構成される。フロントフレーム５１は、スクリーンフレーム４の側面部及び底面部を保持するため、左右のフレーム及び下辺のフレームから構成される。トップフレーム５２は、フロントフレーム５１の左右のフレームの上部に接続されており、前面のフレームは無いが、左右にある斜めのフレームと後部のフレームとによって略台形状に構成されている。また、第２の折り返しミラー２の後部を保持する。背面フレーム５３は、トップフレーム５２の後部と、フロントフレーム５１の下辺のフレームとを接続し、光学エンジン１を保持する。

スクリーンフレーム４を保持する光学系支持部材５は、高精度かつ高剛性になるように組み立てられており、外力に対しても光学エンジン１と第２の折り返しミラー２、スクリーン３のそれぞれの相対位置を維持することができ、映像範囲Ａ１を所定の位置に維持する。

バックカバー７は光学系支持部材５の後ろ側を覆う様になっており、光学エンジン１から投射される映像が外光と干渉するのを防止したり、光学エンジンから投射される映像の反射光が外部に漏れることを防止したり、外部からのホコリ等の異物が内部に入り込むのを防止している。

第２の折り返しミラー２の前方に位置するミラーホルダー８は、第２の折り返しミラーに両面テープまたは接着剤またはその両方で固定されており、第２の折り返しミラー２の変形を抑制したり、外力等といった衝撃による第２の折り返しミラー２の破損を防止する為の補強部材である。また、第２の折り返しミラーを光学系支持部材５の左右の上端部に固定し保持する為の構造も備えている。

図４の破線ｅは第２の折り返しミラー２が重力により変形した場合の変形の様子を示している。ミラーホルダー８の強度が不十分であったり、ミラーホルダー８が無い場合に第２の折り返しミラー２は破線ｅの様に変形する。寸法Ｂはそのときの垂直方向の変形量である。

図５は図４の破線ｅの様に第２の折り返しミラー２が変形した場合に映像位置および映像範囲にどのような影響が出るかを説明する為の図である。点線で示した第２の折り返しミラー２１は、変形が無い場合のミラー位置を示している。実線で示した第２の折り返しミラー２２は、図４での破線ｅのようにミラーが変形した場合の図中のＸ−Ｘ断面のミラーの様子を示す。

光学エンジン１から上方に出射した光は、ミラー２１に反射した場合、反射光ａと反射光ｂ（共に実線にて記載）の位置に反射する。一方、ミラー２２に反射した場合は、反射光ｃが映像の上端となり、反射光ｄが映像の下端（共に１点鎖線にて記載）となる。このように、映像位置および映像範囲は映像範囲Ａ１から映像範囲Ａ２に変化するため、映像が欠けたり映像が表示されない部分がスクリーン３にできるという問題が発生する。

また、第２の折り返しミラー２が図４の破線ｅの様に変形する場合は、第２の折り返しミラー２の中央は映像範囲Ａ２になるが、第２の折り返しミラー２の両端近傍ではミラーの変形が相対的に小さいので映像範囲Ａ１に近くなる。この為に、正面から見た映像は下側に膨れた樽状にゆがむという問題が発生する。

例えば７５インチといった超大型の表示装置においては、寸法Ｂが１ｍｍの場合、映像の下方向への膨れは約１５ｍｍ程度となる。そのため、寸法Ｂは少なくとも０．５ｍｍ以下にする必要がある。

図６は、投射型画像表示装置のスクリーンフレーム４の上辺部の周辺の構造を示す断面図であり、図３の一点鎖線で示した範囲ｆの断面図に相当する。スクリーン３は、レンチキュラー３１とガラススクリーン３２とフレネルレンズ３３とで構成されている。レンチキュラー３１とフレネルレンズ３３が樹脂系プラスチック材で、ガラススクリーン３２はガラス材となっている。クリップ４２は３枚の薄板を挟んで束ねて尚且つスクリーン３とスクリーンフレーム４との擦れを防止している。スペーサ４１はスクリーンフレーム４とクリップ４２との一部もしくは全部の間に挟まっている。

省スペースでシンプルなデザインにする為にスクリーンフレーム４の高さ寸法ｈは、例えば３０ｍｍ以下という幅にすると良い。この様にスクリーンフレーム４の高さ寸法ｈを小さくすると、第２の折り返しミラー２とバックカバー７との間の空間ｇも狭くする必要があり、ミラーホルダー８はこの限られた空間で形状を構成する必要がある。

この様な場合、スクリーンフレーム４とミラーホルダー８は通常アルミ押し出し品で作られることが多い。それはアルミ押し出し品が複雑な断面形状を均一に長尺にすることができ、尚且つ反りが少なく意匠性に優れるという特長を持っているからであり、複雑な断面形状を作ることができることから限られた空間での補強材として効果的に利用されている。

しかしながら、３０ｍｍ以下のフレーム幅で、尚且つ第２の折り返しミラー２の変形を０．５ｍｍ以下にする為には、例え断面形状を工夫しても十分な強度を得ることができない。そこで、図６に示すように、ミラーホルダー８とスクリーンフレーム４の上辺部とを接続部ｊにて接続し、尚且つスペーサ４１とクリップ４２を介してスクリーン３とスクリーンフレーム４とを接続し、第２の折り返しミラー２の重量の一部をスクリーン３に分配する。このように、第２の折り返しミラー２の前部をスクリーン３の上辺部で保持することで強度を保つ。このようにすると、第２の折り返しミラー２の変形量を０．５ｍｍ以下に抑えることが可能となる。

この場合のスクリーン３の構成として、レンチキュラー３１とフレネルレンズ３３はプラスチック材のため強度的に弱く、荷重が加わると変形するという問題ある。その為、スクリーン３に加わる荷重は、スクリーン３を構成する材質の中で最も剛性が高いガラススクリーン３２に加わることが望ましい。そのため、ガラススクリーン３２は、レンチキュラー３１とフレネルレンズ３３より寸法を若干大きくし、これらの上端より高くなるように構成すると良い。なお、このように３層構成としてガラスを中間に配置すると、ガラスが破損した際にも破片の飛散を防ぐ事が出来るという特徴も有する。

なお、ガラスの表面にフィルム状のフレネルレンズとレンチキュラーのシートを張り付けたり、あるいはそのどちらか一方のシートを張り付け他方は通常のプラスチック板でも良い。また、ガラス表面にコーティングされた膜にフレネルレンズとレンチキュラーを形成したりしても良い。さらに、ガラス表面を加工してフレネルレンズとレンチキュラーを形成しても良い。

ここでは、ガラススクリーン３２に第２の折り返しミラー２の重量の一部がかかる構成となっているが、透明で剛性が高いものであれば、他の材質でもかまわない。例えば、アクリルやポリカーボネイトなど剛性の高いプラスチック材でも良い。また、本実施の形態では３層構造となっているが、剛性の高いプラスチック材の表面にフレネルレンズやレンチキュラーを構成しても良い。

なお、ガラスはプラスチックと比べ、吸湿性と膨張率が小さく、湿度変化や温度変化があっても歪み難いため、スクリーンの位置を高精度に保持する事も可能である。そのため、水分や熱によるプラスチックの寸法拡大を考慮し、この場合も、ガラススクリーン３２は、レンチキュラー３１とフレネルレンズ３３より寸法を若干大きくすると良い。

このように構成された投射型画像表示装置は、ミラーホルダー８により折り返しミラー２の前部とスクリーンフレーム４とを接続し、ミラーホルダー８、スクリーンフレーム４、スペーサ４１、及び、クリップ４２を介して第２の折り返しミラー２の重量の一部をスクリーン３に分配させ、折り返しミラーの前部をスクリーン３で保持するため、第２の折り返しミラー２の変形が抑制され、映像のゆがみやボケの少ない高画質な映像が得られる。

また、スクリーン３は、剛性が異なる複数の材質のスクリーンから構成され、これら複数の材質のスクリーンの内、剛性が最大の材質としてガラススクリーン３２を用いたので、スクリーン３に荷重が加わっても映像のゆがみやボケの少ない投射型画像表示装置を得ることができる。

また、スクリーン３は、吸湿性や膨張率が異なる複数の材質のスクリーンから構成され、これら複数の材質のスクリーンの内、吸湿性が最も少なく膨張率が最小の材質としてガラススクリーンを用いたので、水分や熱によるスクリーンの歪が減少し、映像のゆがみやボケの少ない投射型画像表示装置を得ることができる。

また、スクリーン３を補強部材として利用することで、スクリーン上部の意匠フレームを兼ねるスクリーンフレーム近傍の強固な補強構造が不要となり、省スペースで折り返しミラー２を保持することができる。そのため、意匠フレームの幅を細くできるので、シンプルな意匠の投射型画像表示を得る事ができる。

更に、スクリーンフレーム４及びミラーホルダー８に過度な強度を必要しないため、スクリーンフレーム４及びミラーホルダー８を軽量化することができ、軽量で安価な投射型画像表示装置を得ることができる。また、スクリーン３の寸法や、ミラー２の厚さがばらついた時は、スペーサ４１の厚さを変えることにより、容易に調整可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１の投射型画像表示装置では、第２の折り返しミラー２の先端部をスクリーンフレーム４に接続していた。光学要素は光学系支持部材５の中で固定されているため、折り返しミラーの調整機構は不要であり、従来技術のように調整時の削れ片の発生による映像欠陥の発生という問題を抑える事ができるが、装置の輸送時等に接続部ｊの擦れにより削れ片が発生し、スクリーン３や第２の折り返しミラー２に付着し映像欠陥が発生する可能性がある。そこで、本実施の形態２では、折り返しミラー２の裏面側とスクリーンフレーム４とを接続することにより、映像欠陥を減少させた投射型画像表示装置について述べる。

図７は図６の接続部ｊを第２の折り返しミラー２の裏面側の前部にあるミラーホルダー８の接続部ｋに移動した図である。図６の接続部ｊは、第２の折り返しミラー２の映像反射面側に位置し、映像となる反射光に接近しており、またスクリーン３の映像投影部にも近い。そのため、接続部ｊの擦れにより削れ片が発生する可能性があるが、図７に示すように接続部ｊを接続部ｋに移動したことで、例え接続部ｋで削れ片が発生しても映像とは関係が無いミラーの裏面に付着する。

このように構成された投射型画像表示装置は、接続部ｋがミラーの背面にあるため、ミラーホルダー８とスクリーンフレーム４との接合部が擦れて削れ片が発生してもスクリーン３やミラー２に付着する事がなく、表示映像の欠陥を減少させた投射型画像表示装置を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態１の投射型画像表示装置は、スペーサ４１の厚さを変えることにより、スクリーンやミラーの厚さの誤差を修正していたが、本実施の形態３では、スペーサ４１を有さない投射型画像表示装置について述べる。

図６ではガラススクリーン３２の大きさが寸法のバラツキ等で変化した場合にはスペーサ４１の厚みを調整することで、容易に第２の折り返しミラー２の位置を一定することができた。しかし、例えば第２の折り返しミラー２の後端にビスなどのミラーの角度調整機構を有していたり、電気回路で第２の折り返しミラー２の位置ずれを補正する機能を有していたりする場合などは、図８の様にクリップとスペーサを一体化したクリップ４３を使っても良い。また、ミラー角度調整機構を有さなくても、クリップ４３の厚さを変えることによって調整しても良い。

このように構成された投射型画像表示装置は、スペーサを省略できるため、部品点数の減少と組立工程を簡略化できる。そのため、安価な投射型画像表示装置が得られる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３の投射型画像表示装置は、レンチキュラーやフレネルレンズの変形を抑えるためにガラスの寸法を若干大きくする必要があったが、本実施の形態４では、ガラスの寸法がばらついてもレンチキュラーやフレネルレンズが変形しない投射型画像表示装置について述べる。

図９のクリップ４４の内側（スクリーンの端面側）には、突起形状の凸部を設けている。この凸部は、スクリーン３を構成する材質のうち、剛性が最大又は、吸湿性若しくは熱膨張率が最小のガラススクリーン３２の上端面に接触する事が望ましいため、この突起の径はガラスの厚さよりも小さい方が良い。これによりガラススクリーン３２の大きさはレンチキュラー３１、フレネルレンズ３３と同じ、若しくは、小さくても良い。

このように構成された投射型画像表示装置は、スクリーン３を構成するガラススクリーン３２、レンチキュラー３１、及び、フレネルレンズ３３のそれぞれの薄板の寸法がばらついても、レンチキュラー３１とフレネルレンズ３３の変形を抑える事が出来る。そのため、映像のゆがみやボケの少ない高画質な映像の投射型画像表示装置が得られる。

１ 光学エンジン
１１ 光源
１２ 第一の折り返しミラー
１３ 非平面ミラー
２ 第２の折り返しミラー
２１ 変形が無い場合の第２の折り返しミラー
２２ 変形した場合の第２の折り返しミラー
３ スクリーン
３１ レンチキュラー
３２ ガラススクリーン
３３ フレネルレンズ
４ スクリーンフレーム
４１ スペーサ
４２、４３、４４ クリップ
５ 光学系支持部材
５１ フロントフレーム
５２ トップフレーム
５３ 背面フレーム
６ ボトムフレームユニット
７ バックカバー
８ ミラーホルダー

Claims (8)

1. 映像を投射する光学エンジンと、
   前記光学エンジンからの投射光の映像を表示する映像表示スクリーンと、
   前記光学エンジンからの投射光を前記映像表示スクリーンへ反射する折り返しミラーと、
   前記光学エンジンと前記折り返しミラーの後部と前記映像表示スクリーンとを保持する光学系支持部材とを備え、
   前記映像表示スクリーンは、前記折り返しミラーの前部を前記映像表示スクリーンの上辺部にて保持する投射型画像表示装置。
2. 前記映像表示スクリーンの各辺のうち少なくとも上辺部を保持するスクリーンフレームと、
   前記折り返しミラーに固定され、前記折り返しミラーの前部と前記上辺部のスクリーンフレームとを接続するミラーホルダーとを備え、
   前記映像表示スクリーンは、前記上辺部のスクリーンフレームと前記ミラーホルダーを介して前記折り返しミラーの前部を保持する請求項１記載の投射型画像表示装置。
3. 前記映像表示スクリーンは、剛性又は吸湿性若しくは膨張率が異なる複数の材質のスクリーンから構成される請求項２記載の投射型画像表示装置。
4. 前記複数の材質のスクリーンのうち、剛性が最大又は、吸湿性若しくは膨張率が最小の材質のスクリーンとしてガラススクリーンを備える請求項３記載の投射型画像表示装置。
5. 前記複数の材質のスクリーンのうち、剛性が最大又は、吸湿性若しくは膨張率が最小の材質のスクリーンは、他の材質のスクリーンよりも寸法が大きい請求項３記載の投射型画像表示装置。
6. 前記映像表示スクリーンの上辺部には、前記複数の材質のスクリーンを束ねるクリップを備え、前記クリップの内側には、前記複数の材質のスクリーンのうち、剛性が最大又は、吸湿性若しくは膨張率が最小の材質のスクリーンの上端面に接触する凸部を有する請求項３記載の投射型画像表示装置。
7. 前記ミラーホルダーを介して前記折り返しミラーの前部と前記上辺部のスクリーンフレームとを接続する接続部を前記折り返しミラーの裏面側に設ける請求項２記載の投射型画像表示装置。
8. 前記映像表示スクリーンの上端面と、この面に対応する前記スクリーンフレームとの間にスペーサを備える請求項２記載の投射型画像表示装置。

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