JP2020177097A - 投写型表示装置、投写レンズ、および投写型表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】開口端面の稜線で反射した光が投写対象物に投写されることによる画像劣化を低減可能な投写型表示装置、投写レンズ、および投写型表示システムを提供すること。【解決手段】投写型表示装置は、光源からの光が照射される光変調素子と、光源からの光の有効光束を通過させる開口部、および不要光を遮光する遮光部を備える遮光部材とを有し、投写レンズを介して投写対象物に光変調素子で変調された変調光を投写する投写型表示装置であって、光変調素子の表示面と開口部との距離、投写レンズのＦナンバー、変調光の投写レンズへの入射角が適切に設定される。【選択図】図７

Description

本発明は、投写型表示装置、投写レンズ、および投写型表示システムに関する。
に関する。

従来、光源から射出された光を赤、緑、青に分解し、各色に対応した光変調素子を通過、または反射した光を合成し、合成された光をスクリーンに投写する投写型表示装置が知られている。光変調素子は、光源から射出された光の有効光束を通過させる開口部と不要光を遮光する遮光部とを備える遮光部材に隣接配置されている。開口部の縁部（平面）で反射した光が、枠状にスクリーンに投写されたり、光変調素子の表示面の有効表示領域内に入射したりすると、コントラストを低下させる等、投写画像の劣化を招く可能性がある。特許文献１には、パネル保持枠の開口縁部で反射した光束によって画像のコントラストが低下することを防止するために、パネル保持枠に光束を外側に反射させる斜面を設けた反射型液晶表示装置が開示されている。

特開２０１１−１６４１４７号公報

しかしながら、特許文献１の反射型液晶表示装置では、パネル保持枠の開口端面の稜線で反射した光がスクリーンに額縁状に投写され、投写画像の劣化を招く可能性がある。

本発明は、開口端面の稜線で反射した光が投写対象物に投写されることによる画像劣化を低減可能な投写型表示装置、投写レンズ、および投写型表示システムを提供することを目的とする。

本発明の一側面としての投写型表示装置は、光源からの光が照射される光変調素子と、光源からの光の有効光束を通過させる開口部、および不要光を遮光する遮光部を備える遮光部材とを有し、投写レンズを介して投写対象物に光変調素子で変調された変調光を投写する投写型表示装置であって、光変調素子の表示面と開口部との距離をＬ、投写レンズのＦナンバーをＦ、変調光の投写レンズへの入射角をθとするとき、
１．７≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．８
ｔａｎθ＝１／（２＊Ｆ）
なる条件式を満足することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての投写レンズは、光源からの光が照射される光変調素子と、光源からの光の有効光束を通過させる開口部、および不要光を遮光する遮光部を備える遮光部材とを有する投写型表示装置に着脱可能であり、投写対象物に光変調素子で変調された変調光を投写する投写レンズであって、ズーム時に移動するレンズ群と、絞りと、レンズ群の位置を検出する第１検出手段と、絞りの絞り量を検出する第２検出手段と、を有し、光変調素子の表示面と開口部との距離をＬ、投写レンズのＦナンバーをＦ、変調光の投写レンズへの入射角をθとするとき、絞り量は、
１．７≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．８
ｔａｎθ＝１／（２＊Ｆ）
なる条件式を満足するように制御されることを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての投写型表示システムは、光源からの光が照射される光変調素子と、光源からの光の有効光束を通過させる開口部、および不要光を遮光する遮光部を備える遮光部材と、投写対象物に光変調素子で変調された変調光を投写する投写レンズとを有し、光変調素子の表示面と開口部との距離をＬ、投写レンズのＦナンバーをＦ、変調光の投写レンズへの入射角をθとするとき、
１．７≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．８
ｔａｎθ＝１／（２＊Ｆ）
なる条件式を満足することを特徴とする。

本発明によれば、開口端面の稜線で反射した光が投写対象物に投写されることによる画像劣化を低減可能な投写型表示装置、投写レンズ、および投写型表示システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る投写型表示システムの外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る投写型表示システムの構成図である。 投写型表示装置の構成を説明する図である。 光変調素子ユニットの斜視図である。 光変調素子ユニットの分解図である。 図４のＷ−Ｗ線断面図である。 図６のＰ部の拡大図である。 実施例２の投写型表示システムのブロック図である。 実施例２の投写型表示システムの動作を示すフローチャートである。 実施例３の投写型表示システムのブロック図である。 実施例３の投写型表示システムの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１および図２はそれぞれ、本発明の実施形態に係る投写型表示システム１００の外観斜視図および構成図である。座標軸は向きを示す。投写型表示システム１００は、投写レンズ４および投写型表示装置を有する。投写レンズ４は、投写型表示装置と一体的に構成されていてもよいし、投写型表示装置に着脱可能に取り付けられるように構成されていてもよい。

図３は、投写型表示装置５の構成を説明する図である。図３（ａ）および図３（ｂ）はそれぞれ、投写型表示装置５の上面図および側面図である。本実施例では、投写型表示装置５は、光源ユニット１を含む照明光学ブロック２、光分離合成ブロック３、および投写レンズ４を有する。光源ユニット１から射出された白色光は、複数の光学素子を備える照明光学ブロック２を透過して光分離合成ブロック３に向かう。光分離合成ブロック３は赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の各色に対応した光変調素子ユニット３１，３２，３３を備え、入射した光は各光変調素子ユニットに設けられた光変調素子に照射される。各光変調素子で変調された光（以下、変調光）は、合成され、固有Ｆナンバーを有する投写レンズ４を通り、スクリーン等の投写対象物に向かう。

図４および図５はそれぞれ、光変調素子ユニット３３の斜視図および分解図である。図６は、図４のＷ−Ｗ線断面図である。図７は、図６のＰ部の拡大図である。光変調素子ユニット３３は、緑色の光を変調する光変調素子３３１、および光変調素子３３１に隣接配置される遮光部材３４を有する。遮光部材３４は、光変調素子３３１の表示面３３１ａの有効表示領域に対応する照明光学ブロック２からの光の有効光束を通過させる開口部３４ａと不要光を遮光する遮光部３４ｂとを備える。また、遮光部材３４は、締結ビス３５により光変調素子３３１に締結される。

光変調素子ユニット３３は、表示面３３１ａと開口部３４ａとのｚ方向の間隔（距離）をＬ、投写レンズ４のＦナンバーをＦ、変調光の投写レンズ４への入射角をθとするとき、以下の関係式を満足する。

１．７≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．８ （１）
ｔａｎθ＝１／（２＊Ｆ） （２）
条件式（１）は、表示面３３１ａと開口部３４ａとのｚ方向の間隔Ｌと変調光の投写レンズ４への入射角θとの関係を規定している。条件式（１）の下限値を下回ると、開口部３４ａの端面は、表示面３３１ａにより近接する。つまり、開口部３４ａの端面の稜線で反射した光が投写対象物で焦点を結び、ユーザーが視認し易くなるため好ましくない。条件式（１）の上限値を上回ると、遮光部３４ｂが表示面３３１ａを照明する有効光束を遮光するため好ましくない。有効光束の遮光を抑制するために、開口部３４ａを拡大させると、投写画像が表示面３３１ａの有効表示領域と開口部３４ａとの間隔が広い画像となり、所謂額縁と呼ばれる別の画像劣化を招いてしまう。

上述した関係式を満足する構成とすることで、有効表示領域の照度に対して、開口部３４ａの端面の稜線で反射した光の投写対象物に投写されている場合の明るさを３０％以下に抑えることができるため、ユーザーは視認し難い。つまり、本実施例の構成によれば、開口部３４ａの端面の稜線で反射した光が投写対象物に投写されることによる画像劣化を低減可能である。

なお、条件式（１）の数値範囲を、以下の条件式（１ａ）の範囲とすることが好ましい。

１．８５≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．６５ （１ａ）
また、条件式（１）の数値範囲を、以下の条件式（１ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。

２．０≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．５ （１ｂ）
また、本実施例では、本発明を光変調素子ユニット３３について適用する場合について説明したが、本発明は光変調素子ユニット３１，３２にも適用可能である。

本実施例の投写型表示システム１００は、基本的な構成については実施例１と同様である。本実施例では、実施例１と異なる構成について説明し、実施例１と同様の構成については説明を省略する。

図８は、本実施例の投写型表示システム１００のブロック図である。投写型表示システム１００は、投写レンズ４および投写型表示装置５を有する。

投写レンズ４は、レンズ群４１、可変絞り４２、および検出手段４３，４４を有する。
レンズ群４１は、ズーム時に移動する。本実施例では、レンズ群４１は、複数のレンズ群から構成されているが、１つのレンズ群から構成されていてもよい。レンズ群４１の位置によりＦナンバーが変動する。可変絞り４２は、投写画像の明るさに応じてＦナンバーを変動させる。したがって、変調光の投写レンズ４への入射角θは、レンズ群４１の位置と可変絞り４２の絞り量によって変動する。検出手段（第１検出手段）４３は、レンズ群４１の位置（レンズ群４１のうち少なくとも１つのレンズ群の位置）を検出する。検出手段（第２検出手段）４４は、可変絞り４１２の絞り量（開口径）を検出する。

投写型表示装置５は、演算部５１、制御部５２、および記憶部５３を有する。演算部５１は、検出手段４３，４４から取得される情報に基づく投写レンズ４のＦナンバーを用いて、条件式（２）により変調光の投写レンズ４への入射角θを算出する。制御部５２は、可変絞り４２の絞り量を制御する。記憶部５３は、表示面３３１ａと開口部３４ａとのｚ方向の間隔Ｌを記憶している。本実施例では、間隔Ｌは固有値である。

以下、図９を参照して、本実施例の投写型表示システム１００の動作について説明する。図９は、本実施例の制御部５２によって実行される、投写型表示システム１００の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ２０１では、制御部５２は、演算部５１に検出手段４３からレンズ群４１の位置を取得させる。

ステップＳ２０２では、制御部５２は、演算部５１に検出手段４４から可変絞り４２の絞り量を取得させる。

ステップＳ２０３では、制御部５２は、演算部５１にレンズ群４１の位置および可変絞り４２の絞り量に基づく投写レンズ４のＦナンバーを用いて変調光の投写レンズ４への入射角θを算出させる。

ステップＳ２０４では、制御部５２は、まず、演算部５１にステップＳ２０３で算出された入射角θと記憶部５３から取得した間隔Ｌを用いてｔａｎθ＊Ｌの値を算出させる。次に、制御部５２は、ｔａｎθ＊Ｌの値が条件式（１）を満足するかどうかを判断する。ｔａｎθ＊Ｌの値が、条件式（１）を満足する場合、ステップＳ２０６に進み、条件式（１）を満足しない場合、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、制御部５２は、条件式（１）を満足するように、可変絞り４２の絞り量を変更する。

ステップＳ２０６では、制御部５２は、画像投写動作に移行する。

以上説明したように、本実施例では上述した制御を実施することで、投写画像の画角変動に依らず、常に最適な変調光の投写レンズ４への入射角θ１を得ることが可能となる。したがって、本実施例の構成によれば、開口部３４ａの端面の稜線で反射した光が投写対象物に投写されることによる画像劣化を低減可能である。

本実施例の投写型表示システム１００は、基本的な構成については実施例１と同様である。本実施例では、実施例１と異なる構成について説明し、実施例１と同様の構成については説明を省略する。

図１０は、本実施例の投写型表示システム１００のブロック図である。投写型表示システム１００は、投写レンズ４および投写型表示装置５を有する。

投写レンズ４は、レンズ群４１、および検出手段４３を有する。レンズ群４１は、ズーム時に移動する。本実施例では、レンズ群４１は、複数のレンズ群から構成されているが、１つのレンズ群から構成されていてもよい。レンズ群４１の位置によりＦナンバーが変動する。したがって、変調光の投写レンズ４への入射角θは、レンズ群４１の位置によって変動する。検出手段４３は、レンズ群４１の位置（レンズ群４１のうち少なくとも１つのレンズ群の位置）を検出する。

投写型表示装置５は、演算部５１、制御部５２、および記憶部５３を有する。演算部５１は、検出手段４３から取得される情報に基づく投写レンズ４のＦナンバーを用いて、条件式（２）により変調光の投写レンズ４への入射角θを算出する。制御部５２は、調整手段３６を制御する。記憶部５３は、現在の間隔Ｌを記憶している。本実施例では、間隔Ｌは変動値である。光変調素子３３１は、調整手段３６、および位置検出手段３３２を有する。調整手段３６は、遮光部材３４を移動させることで、表示面３３１ａと開口部３４ａとのｚ方向の間隔Ｌを調整可能である。位置検出手段３３２は、遮光部材３４の位置を検出可能である。

以下、図１１を参照して、本実施例の投写型表示システム１００の動作について説明する。図１１は、本実施例の制御部５２によって実行される、投写型表示システム１００の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ３０１では、制御部５２は、演算部５１に記憶部５３から現在の間隔Ｌを取得させる。

ステップＳ３０２では、制御部５２は、演算部５１に検出手段４３からレンズ群４１の位置を取得させる。

ステップＳ３０３では、制御部５２は、演算部５１にレンズ群４１の位置に基づく投写レンズ４のＦナンバーを用いて変調光の投写レンズ４への入射角θを算出させる。

ステップＳ３０４では、制御部５２は、まず、演算部５１にステップＳ３０１で取得した間隔ＬとステップＳ３０３で算出された入射角θを用いてｔａｎθ＊Ｌの値を算出させる。次に、制御部５２は、ｔａｎθ＊Ｌの値が条件式（１）を満足するかどうかを判断する。ｔａｎθ＊Ｌの値が、条件式（１）を満足する場合、ステップＳ３０６に進み、条件式（１）を満足しない場合、ステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５では、制御部５２は、条件式（１）を満足するように、調整手段３６を介して間隔Ｌを変更する。変更された間隔Ｌは、記憶部５３に記憶される。

ステップＳ３０６では、制御部５２は、画像投写動作に移行する。

以上説明したように、本実施例では上述した制御を実施することで、投写画像の画角変動に依らず、常に最適な間隔Ｌを得ることが可能となる。したがって、本実施例の構成によれば、開口部３４ａの端面の稜線で反射した光が投写対象物に投写されることによる画像劣化を低減可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ 光源ユニット（光源）
４ 投写レンズ
５ 投写型表示装置
３３１ 光変調素子
３３１ａ 表示面
３４ 遮光部材
３４ａ 開口部
３４ｂ 遮光部

Claims (7)

1. 光源からの光が照射される光変調素子と、
   前記光源からの光の有効光束を通過させる開口部、および不要光を遮光する遮光部を備える遮光部材とを有し、
   投写レンズを介して投写対象物に前記光変調素子で変調された変調光を投写する投写型表示装置であって、
   前記光変調素子の表示面と前記開口部との距離をＬ、前記投写レンズのＦナンバーをＦ、前記変調光の前記投写レンズへの入射角をθとするとき、
   １．７≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．８
   ｔａｎθ＝１／（２＊Ｆ）
   なる条件式を満足することを特徴とする投写型表示装置。
2. １．８５≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．６５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
3. ２．０≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の投写型表示装置。
4. 前記投写レンズに設けられたズーム時に移動するレンズ群の位置、および前記投写レンズに設けられた絞りの絞り量に基づく前記投写レンズのＦナンバーを用いて前記入射角を算出する演算部と、前記条件式を満足するように前記絞り量を制御する制御部と、を更に有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
5. 前記投写レンズに設けられたズーム時に移動するレンズ群の位置に基づく前記投写レンズのＦナンバーを用いて前記入射角を算出する演算部と、前記条件式を満足するように前記距離を制御する制御部と、を更に有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
6. 光源からの光が照射される光変調素子と、前記光源からの光の有効光束を通過させる開口部、および不要光を遮光する遮光部を備える遮光部材とを有する投写型表示装置に着脱可能であり、投写対象物に前記光変調素子で変調された変調光を投写する投写レンズであって、
   ズーム時に移動するレンズ群と、
   絞りと、
   前記レンズ群の位置を検出する第１検出手段と、
   前記絞りの絞り量を検出する第２検出手段と、を有し、
   前記光変調素子の表示面と前記開口部との距離をＬ、前記投写レンズのＦナンバーをＦ、前記変調光の前記投写レンズへの入射角をθとするとき、前記絞り量は、
   １．７≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．８
   ｔａｎθ＝１／（２＊Ｆ）
   なる条件式を満足するように制御されることを特徴とする投写レンズ。
7. 光源からの光が照射される光変調素子と、
   前記光源からの光の有効光束を通過させる開口部、および不要光を遮光する遮光部を備える遮光部材と、
   投写対象物に前記光変調素子で変調された変調光を投写する投写レンズとを有し、
   前記光変調素子の表示面と前記開口部との距離をＬ、前記投写レンズのＦナンバーをＦ、前記変調光の前記投写レンズへの入射角をθとするとき、
   １．７≦ｔａｎθ＊Ｌ≦２．８
   ｔａｎθ＝１／（２＊Ｆ）
   なる条件式を満足することを特徴とする投写型表示システム。