JP3133051B2 - 投射表示装置 - Google Patents

投射表示装置

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JP3133051B2 JP02133244A JP13324490A JP3133051B2 JP 3133051 B2 JP3133051 B2 JP 3133051B2 JP 02133244 A JP02133244 A JP 02133244A JP 13324490 A JP13324490 A JP 13324490A JP 3133051 B2 JP3133051 B2 JP 3133051B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は投射表示装置にかゝり、特にビデオ映像やコ
ンピュータ画像等を拡大して投射するに適する投射表示
装置に関する。
(従来の技術) 近時、透過型または反射型ドットマトリクス液晶等を
用いた表示装置(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。
これはブラウン管(CRT)による画像表示には自ずと
大きさに限界があり、大画面化するにはブラウン管自体
の大型化を伴ない、実用上は40インチ程度の大きさが限
度となるためそれ以上の画像を得たいという要望に応え
るためである。
一方、ライトバルブ自体を大面積化するには、製作の
うえで欠陥のない大型液晶表示装置を得ることは容易で
なく、仮に得られたとしてもきわめて高価になる。
このようなことから、透過型(または反射型)のライ
トバルブを用いてこれに表示される画像を拡大投射すれ
ば、画面の大きさに制約を受けず、迫力のある大画面を
得ることが可能である。
したがってライトバルブを用いて拡大投射する光学系
をキャビネット内に納め、キャビネットの前面に設けた
スクリーンに背面投射して、キャビネットの前面から拡
大画像を見ることができるようにしたディスプレイ型の
表示装置が提供されるに至っている。
この種のライトバルブを用いた従来の背面投射型表示
装置は、例えば実開平1−85778号公報にもみられるよ
うに、透過型液晶パネルに光源から照明を与え、この液
晶パネルに表示される画像を投影レンズにより拡大して
反射ミラーにより光路を変換させ、スクリーンの背面に
導く構造である。こうすることにより投射光学系はすべ
てキャビネット内に納められ、任意の場所へ移動が可能
であり、かつ明るい室内であってもスクリーン上の画像
を見ることができる。
しかし、上記従来のディスプレイ型の背面投射による
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
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
とができない。
そこでこれを解決する手段として斜め投射方式が考え
られる。この斜め投射方式は、第13図に示すように第1
レンズaの光軸bに対して結像面c(例えば反射手段)
において屈曲される光軸dを有する第2レンズeが前記
結像面cを間にして配置され、第1レンズaと第2レン
ズeとが「ハ」の字状配置とされる。そしてこの第2レ
ンズeは前記第1レンズaにより結像面cに結像された
画像を光軸dに対する結像面cの傾斜とは反対側に傾斜
して配置されるスクリーンs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eからスク
リーンsへ至る光路途中で反射ミラーにより屈曲し、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。
(発明が解決しようとする課題) 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aにより結像面cに結像される像に
台形歪が生じ、これを第2レンズeにより矯正してスク
リーンs上へ結像させる際に台形歪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。
本発明はこれに鑑み、斜め投射光学系を用い、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
の台形歪が生じることのない投射光学系とした投射表示
装置を提供することを目的としてなされたものである。
(課題を解決するための手段) 上記従来の技術が有する課題を解決するための手段と
して本発明は、光を透過または反射可能なライトバルブ
と、前記ライトバルブの面に対し所定角度傾斜して配置
された第1の結像手段と、前記第1の結像手段による結
像位置に配置された結像面と、前記結像面に形成された
像の歪みを矯正して投射面上に結像させる第2の結像手
段とを有する投射光学系を備えた投射表示装置であっ
て、前記結像面は反射ミラーによって構成され、この反
射ミラーの反射面は断面が鋸歯状をなす多数の面で構成
されており、前記反射ミラーの鋸歯状をなす面で反射さ
れた光の光路中に前記第2の結像手段が配置されている
ことを特徴とする。
また上記装置において、前記投射光学系を収納するキ
ャビネットを備え、前記投射光学系は前記キャビネット
の内部上方に設けられ、前記投射面は前記キャビネット
の前面に設けられ、前記投射光学系から出射された光を
前記キャビネットの底部に向けて反射する中継ミラー
と、前記キャビネットの底部に配置され、前記中継ミラ
ーによって反射された光を反射する第1の反射ミラー
と、前記キャビネットの後部内面に設けられ、前記第1
の反射ミラーによって反射された光を前記投射面へ導く
第2の反射ミラーとを有することを請求項2とするもの
である。
(作 用) 原画像に作られている画像は、これに対しての照明に
より第1レンズを通じて結像面に実像を結び、この像を
第2レンズにより光路が屈曲され、この第2レンズを通
じてスクリーンに斜め投射され、このスクリーン上に結
像される。この場合、第1レンズにより結像面に結像さ
れた像の台形歪は、第1レンズに対し前述の構成をもっ
て配置される第2レンズにより歪が完全に矯正され、ス
クリーン上に台形歪のない画像が得られる。
(実施例) 以下、本発明を第1図乃至第7図に示す実施例を参照
して説明する。
第1図は本発明による投射表示装置を移動可能な形態
とした場合の一実施例を示し、第2図はその縦断面を示
している。
この実施例では、奥行きDが薄い箱形のキャビネット
1を有し、このキャビネット1内に投射光学系2と、キ
ャビネット1の前面に設けられた背面投射型のスクリー
ン3と、前記投射光学系2からの出射光束を前記スクリ
ーン3の背面に導くための第1,第2反射ミラー4,5とを
備えている。
本発明において使用される投射光学系2は、第3図
(A)に透過型の場合を、第3図(B)に反射型の場合
の光学系を例示するように、照明装置6、原画像を得る
手段としての一例のライトバルブ7、第1レンズ8、結
像面9および第2レンズ10からなっている。
上記ライトバルブ7は透過型または反射型のドットマ
トリックス液晶を用いたもので、第1レンズ8の光軸11
に対し所要の角度をもって傾斜して設置され、この第1
レンズ8によるライトバルブ7の画像を結像する位置に
前記光軸11に対しライトバルブ7とは反対側に傾斜して
結像面9が設置されている。
透過型の場合は、第3図(A)のように第1レンズ8
の光軸11に対し結像面9において屈曲する光軸12を有す
る第2レンズ10が結像面9を間にして配置され、第1レ
ンズ8と第2レンズ10とは「ハ」の字状配置とされてい
る。この第2レンズ10を通じ結像面9の結像を拡大して
結像面9とは反対側に傾斜するスクリーン3に斜め方向
から拡大投射するようになっている。また、反射型の場
合は、第3図(B)のように結像面9を反射ミラー(第
3図(C)に一部を拡大示)とし、その反射光路上に第
2レンズ10が配置される。なお透過型において用いられ
る結像面9は、例えば第4図に一部を拡大して示すよう
に、横方向に長く奥行き方向には幅狭な微小反射面13,1
3…が縦方向に多数配列された構造の反射手段とされて
おり、第1レンズ8からの光が微小反射面13,13…で反
射して第1レンズ10に向かうように形成されている。こ
のような反射手段を結像面とすれば、光量損失が少なく
て好ましいが、スクリーン3の面積がさほど大きくない
場合(拡大率が小さい場合)や照明装置6の光量が大き
い場合には透過型スクリーンを用いてもよい。
スクリーン3は、このスクリーン3の背面から斜め
(例えば入射角60゜)に投射される光束がその延長方向
へ透過しないよう、第5図に一部を拡大示するように、
入射される光束をスクリーン3の前面ほゞ直角方向に向
かわせるようにするプリズム全反射スクリーンを用いる
ことが望ましい。
上記の投射光学系2を幾何光学的にみると、第1レン
ズ8側は第6図に示すように、ライトバルブ7、結像面
9は第1レンズ8の結像位置A1,A2におかれ、ライトバ
ルブ7の延長線14と結像面9の延長線15が、第1レンズ
8の中心を通りかつ光軸11に直角な線16上の0点で交わ
る。このとき拡大率m0は、 m0=f/(χ−f)=(χ−f)/f =χ2 である。これを云い代えれば m0=tanα2/tanα(シャインプルフの法則)で表わさ
れる。
上記の条件を満たすことにより、ライトバルブ7の画
像を第1レンズ8により結像面9上に結像させることが
できる。ただしこの結像面9上に結像される画像は第8
図に示すように原画像が正四角形の例でみるとこれが台
形に歪んだ画像となる。
第2レンズ10も、結像面9とスクリーン3との配置関
係を前記第1レンズ8の場合と同様な関係をもって配置
することにより、結像面9上の画像が第2レンズ10によ
り拡大されてスクリーン3上に結像される。この画像は
第1レンズ8の倍率と第2レンズ10の倍率とを乗じた倍
率の画像として結像される。
こゝにおいて本発明における投射光学系2の第1レン
ズ8および第2レンズ10は、下記の条件を満すようにさ
れている。
すなわち第7図(A)に示すように、第1レンズ8の
像空間側の焦点位置f1におけるその光軸11に対する垂線
17と結像面9の延長線15との交わる点C2と、第2レンズ
10の物体空間側の焦点位置f2におけるその光軸12に対す
る垂線18と結像面9の延長線15との交わる点C3とが一致
するように構成されている。
この場合、第7図(B)のように、第1レンズ8の光
軸11と第2レンズ10の光軸12が結像面9においてずれて
いても、前記点C2とC3が一致していればよい。これは第
7図(C)のように結像面9を第3図(C)に示したよ
うな反射面とし、この反射面による反射光束をスクリー
ン3に導く光学系を用いた場合であっても同様である。
上記条件を満したことにより、スクリーン3上におけ
る画像は第9図示のように台形歪のない正規の画像を得
ることができた。
以下にその理由の解析結果を記す。
まず正方形状の画面の像の変化について考察する。
第10図において、焦点面と物体面との交点をC1とする
と、 である。
第10図、第11図に示すυ方向の物体と像の大きさをυ
1とすると、υ方向の拡大率mυは、 第11図に示すu方向の物体と像の大きさをu1,u2とし、m
0=χ2と定義した拡大率 u方向の倍率m′は、 第11図においてu1の面でu1=aという直線につい
てみると、 と同形の直線となることが分る。
つぎにυ=bという直線についてみると、 結像面側では、 こゝで上記第1レンズ8を含む光学系において生じた台
形歪を第2レンズ10を含む光学系で補正することにな
る。この光学系では、記号に3,4を付し、倍率mに代え
てμで表わすと、 となる。こゝで第12図のように光軸がA2を通る場合は、 u3=−u2 とおいたことになる。なおυ方向は上下で非対称がない
ので考慮する必要はない。
結局 となり、一般には台形歪型の画像となるが、 g3=m′0g1=g2 であれば、台形歪はなくなる。
第1図および第2図示の実施例を参照すると、この場
合はキャビネット1の内部上方に投射光学系2を置き、
この投射光学系2から出射する光束を中継ミラー19を介
してキャビネット1の底部に設置された第1反射ミラー
4に導き、この第1反射ミラー4からの反射光を受ける
第2反射ミラー5をスクリーン3に相対向する後部内面
にスクリーン3の背面とほゞ平行に置いてこの第2反射
ミラー5からスクリーン3の背面に斜め方向から投射す
ることにより、ライトバルブ7に作られる画像がスクリ
ーン3上に拡大画像として投射される。
上記のような配置構造を採用してスクリーン3の背面
から斜め投射しても、スクリーン3上に形成される拡大
画像に台形歪が生じることがなく、正規の画像を写し出
すことができながらキャビネット1の奥行き寸法Dを大
巾に短縮することができ、超薄型で大画面の表示装置を
得ることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、スクリーンへの
投射光学系に光軸を屈曲させた斜めの投射方式を採用し
ても、スクリーン上における画像に台形歪を生じること
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。またスクリーンに対し斜め投射しても画像に
歪が生じないので、キャビネットに組込んでディスプレ
イ型の表示装置とするとき、キャビネットの容積、特に
奥行きを大巾に低減することが可能となり、コンパクト
な表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す斜視図、第2図は同具
体的実施例の縦断面図、第3図(A),(B),(C)
は投射光学系の説明図、第4図は第3図における結像面
に反射を手段を用いる場合の反射手段の一例を示す一部
の拡大略示断面図、第5図はスクリーンの一例を示す一
部の拡大図、第6図は第3図における投射光学系の第1
レンズとライトバルブ、結像面との関係を幾何光学的に
示す説明図、第7図(A),(B),(C)は本発明に
よる投射光学系の幾何光学的解析図、第8図は第1レン
ズによる結像画面の台形歪を示す説明図、第9図は第2
レンズにより矯正された画像を示す説明図、第10図乃至
第12図は台形歪が生じないことの説明用線図、第13図は
斜め投射光学系の説明図である。 1……キャビネット、2……投射光学系、3……スクリ
ーン、4……第1反射ミラー、5……第2反射ミラー、
6……照明装置、7……原画像としてのライトバルブ、
8……第1レンズ、9……結像面、10……第2レンズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−79037(JP,A) 実開 昭63−26833(JP,U) 実開 昭58−184974(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 27/18 G03B 21/00 H04N 5/74

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光を透過または反射可能なライトバルブ
    と、 前記ライトバルブの面に対し所定角度傾斜して配置され
    た第1の結像手段と、 前記第1の結像手段による結像位置に配置された結像面
    と、 前記結像面に形成された像の歪みを矯正して投射面上に
    結像させる第2の結像手段とを有する投射光学系を備え
    た投射型表示装置であって、 前記結像面は反射ミラーによって構成され、 この反射ミラーの反射面は断面が鋸歯状をなす多数の面
    で構成されており、 前記反射ミラーの鋸歯状をなす面で反射された光の光路
    中に前記第2の結像手段が配置されていることを特徴と
    する投射型表示装置。
  2. 【請求項2】前記投射光学系を収納するキャビネットを
    備え、 前記投射光学系は前記キャビネットの内部上方に設けら
    れ、 前記投射面は前記キャビネットの前面に設けられ、 前記投射光学系から出射された光を前記キャビネットの
    底部に向けて反射する中継ミラーと、 前記キャビネットの底部に配置され、前記中継ミラーに
    よって反射された光を反射する第1の反射ミラーと、 前記キャビネットの後部内面に設けられ、前記第1の反
    射ミラーによって反射された光を前記投射面へ導く第2
    の反射ミラーとを有することを特徴とする請求項1記載
    の投射型表示装置。
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