JP3163648B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

投射型表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ビデオ映像やコンピュ
ータ画像等を表示する投射型表示装置に関する。なかで
も、液晶ライトバルブ等を背面より斜めに投射する表示
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近時、透過型または反射型ドットマトリ
ッ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い、実用上は40イ
ンチ程度の大きさが限界となるためそれ以上の画像を得
たいとの要望に応えるためである。
【0003】一方、ライトバルブ自体を大面積化するに
は、製作の上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。
【0004】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出来るようにしたディ
スプレイ型の表示装置が提供されるに至っている。
【0005】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
にも見られるように、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射レンズ
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事ができる。
【0006】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
て投射しないと台形歪などにより画像に歪みが生ずるの
で反射ミラーの設置条件に大きな制約を受け、これに起
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。
【0007】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。一般に傾いた物のレンズによる像は
USパテント751,347号にT.Scheimpfl
ugが示したように台形歪が発生する。図13において
傾いた物面43はレンズ44により傾いた像面45に結
像する。その傾きの関係は図13に示されたように物面
43とレンズ44と、像面45の延長線が一致するよう
になる。レンズ44の像側焦点Fの光軸Zに対する垂線
と像面45との交点をgとすると、図14に示される正
方形の物面上の像はレンズ44により図15に示される
台形に像面45上に結像する。
【0008】そこでこの台形歪を除去するために、図1
6に示すようにライトバルブ46と第1の投射レンズ4
7と第2の投射レンズ49とスクリーン50をZ軸に対
して傾けて配置する。ここで、第1の投射レンズ47の
像側焦点f1 を通り、第1の投射レンズ47と平行な面
と台形歪のある像面48との交線gと、第2の投射レン
ズ49の物側焦点f2 を通り第2の投射レンズ49と平
行な面と台形歪のある像面48との交線g´とを一致さ
せる。
【0009】この時、例えば図17で示される正方形の
ライトバルブの像は、第1の投射レンズ47により、図
18に示される台形歪のある像になるが、第2の投射レ
ンズ49により、スクリーン50上に、図19に示す台
形歪のない像に結像する。そこで、この投射光学系を図
12に示すように、第1のミラー40と第2のミラー4
1により折曲して、キャビネット38に納めれば、薄型
の背面投射型表示装置が構成できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記投射光学
系では台形歪を除去するために第1の投射レンズ47の
焦点距離が短くなり、レンズの口径が小さくなる。その
ために図20のごとく、コンデンサーレンズ52で集光
した光でライトバルブ53を照明する必要がある。その
時、図20に示したごとく、ライトバルブ53の上方と
下方では異なった角度にて光が入射する。ライトバルブ
の光の透過率は入射角により変化するので、スクリーン
57上の画像に明るさのムラが生ずる問題点がある。
【0011】そこで、本発明はこのような問題点を解決
するもので、その目的とするところは、ライトバルブを
入射角が各部でほぼ一定な平行光で照明することによ
り、明るさムラの少ない斜め投射の表示装置を提供する
ことにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の投射型表示装置
は、光源と、光変調手段と、光変調手段で生成される像
をスクリーンに投射する投射手段と、スクリーンとを有
し、前記投射手段で投射される投射光の中心光軸が前記
スクリーンに対して斜めに入射する投射型表示装置に於
て、前記投射手段は、前記光変調手段で生成された像を
台形歪のある中間像に変換する第1の投射光学手段と、
前記台形歪のある中間像をスクリーン上で台形歪のない
像に変換する第2の投射光学手段とから構成されてな
り、前記第1の投射光学手段は、互いに平行でない2つ
のレンズを有し、前記平行でない2つのレンズは、光源
側レンズのスクリーン側焦平面とスクリーン側レンズの
光源側焦平面との交線が、光源側レンズの主点とスクリ
ーン側レンズの主点とを結ぶ直線上を通るように配置さ
れることを特徴とする。
【0013】
【実施例】
(実施例1)図1は本発明による斜め投射の光学系配置
の実施例を示し、図2はライトバルブの像を示し、図3
は台形歪のある中間像を示し、図4は台形歪のないスク
リーン上の像を示している。
【0014】図1で、第1の投射光学系の第1レンズ3
の光軸、第2レンズ4の光軸、第2の投射光学系6の光
軸、ライトバルブの法線及びスクリーンの法線は、同一
平面上にある。
【0015】図1において光源1は 放物面の反射鏡付
のキセノンランプまたはメタルハイドランプで、ライト
バルブ2は液晶に格子状の電極を配置して各画素の透過
率を制御できるようにしたものである。
【0016】第1の投射光学系の第1レンズ3と第2レ
ンズ4は互いに角度δだけ傾き、第一レンズ3の像側焦
平面と第2レンズ4の物側焦平面の交線がほぼZ軸上を
通るように配置する。中間像面5と第2の投射光学系6
とスクリーン7を各々の延長面が同一直線上で交わるよ
うに配置する。
【0017】光源1より出た光はライトバルブ2をほぼ
平行に照明する。したがってライトバルブに対して光線
はほぼ同一の入射角で入り、ライトバルブ2の全面で、
均一な明るさとコントラストを得ることができる。ライ
トバルブ2の像は、互いに傾いた第1レンズ3と第2レ
ンズ4により台形歪のある中間像を結像する。図5に示
した如く、第1レンズ9の像側焦平面と第2レンズ10
の主平面の交線を含みZ軸に平行な面と、中間像面11
との交線をgとする。gと第2投射光学系6の物側焦点
を通り第2の投射光学系6に平行な面と中間像面5の交
線g´とを図3に示した如く一致させると、図3の如く
に台形に歪んだ中間像は第2の投射光学系6により、図
4の如くに台形歪のない像としてスクリーン7に結像す
る。
【0018】第1の投射光学系の第1レンズ3、第2レ
ンズ4は、図10に示した如く傾いた組合せレンズによ
り構成し、収差の補正を行うことができる。
【0019】スクリーン7は、背面投射型テレビジョン
等に使用されているリアスクリーンが使用できる。これ
は拡散剤入り樹脂基材にレンチキュラーレンズ及びフレ
ネルレンズのシートを組み合わせて、配光特性を良好に
しているものである。しかし、本発明の如く斜めに投射
する場合は、スクリーン7に投射された光束がその延長
方向へ透過しないように、図11に一部を拡大表示する
ように、プリズムの全反射を用いて、入射される光束を
スクリーン37の前面ほぼ直角方向に向かわせるシート
を、レンチキュラーレンズのシートと組み合わせて、配
光特性を斜め投射に対して良好にしたスクリーンを用い
ることが望ましい。
【0020】図12は背面投射表示装置の構成の実施例
である。上述した構成の投射光学ユニット39からの光
束を、第1のミラー40と第2のミラー41により反射
させてスクリーン42に斜めに入射させることにより、
キャビネット38の厚みDを薄くすることができる。
【0021】(実施例2)第1投射光学系の第2レンズ
を負のレンズにする事により、図6に示した如くレンズ
間隔を f1/cosφ1−f2/cosφ2 と短くでき、システムをコンパクトにすることができ
る。図5に示した第1の投射光学系の実施例1と同様
に、第1投射光学系の第1レンズ13の像側焦平面と第
2レンズ14の主平面の交線をgとすると、実施例1と
同様に台形歪のない像としてスクリーン7に結像する。
【0022】(実施例3)第1の投射光学系を、互いに
平行でない2つのレンズ2組で構成すると、各レンズの
傾きが少なくてすみ、容易に良好な結像が得られる。図
7はその実施例である。
【0023】第1の投射光学系の第1レンズ17と第2
レンズ18は互いに角度δ1だけ傾き、第1レンズ17
の像側焦平面と第2レンズ18の物側焦平面の交線がほ
ぼZ軸上にあるように配置し、第1の投射光学系の第3
レンズ20と第4レンズ21は互いに角度δ2傾き、第
3レンズ20の側焦平面と第4レンズ21の物側焦平面
の交線がほぼZ軸上にあるように配置する。更に、第2
の中間像面22と第2の投射光学系6とスクリーン7を
各々の延長面が同一直線上で交わるように配置する。
【0024】ライトバルブ16の像は、第1の投射光学
系の第1レンズ17と第2レンズ18により、第1中間
像面19に台形歪のある像として結像し、第1中間像は
第1の投射光学系の第3レンズ20と第4レンズ21に
より、第2中間像面22に台形歪のある第2中間像とし
て結像する。図7に示した如く、第1の投射光学系の第
1レンズ17の像側焦平面と第2レンズ18の主平面1
8の交線をg1とする。g1を含みZ軸に平行な面と、
第1の投射光学系の第3レンズ20の主平面との交線を
g2とする。第1の投射光学系の第3レンズ20の像側
焦点とg2とを含む面と、第4レンズ21の主平面との
交線を含みZ軸に平行な面と第2の中間像面22との交
線をgとする。第2の投射光学系6の物側焦平面と第2
の中間像面22との交線g’とgとを図3に示した如く
一致させると、図3の如く台形に歪んだ第2中間像は、
第2の投射光学系6により図4の如く、台形歪のない像
としてスクリーン7に結像する。
【0025】(実施例4)図8は第1の投射光学系を、
互いに平行でない2つのレンズ2組で構成した第2の実
施例である。第1投射光学系の第2レンズを負のレンズ
にする事により、図に示した如くレンズ間隔を f1/cosφ1−f2/cosφ2 と短くでき、システムをコンパクトにすることができ
る。
【0026】(実施例5)図9は第1の投射光学系を、
互いに平行でない2つのレンズ2組で構成した第3の実
施例である。第1投射光学系の第4レンズを負のレンズ
にする事により、図に示した如くレンズ間隔を f3/cosφ3−f4/cosφ4 と短くでき、システムをコンパクトにすることができ
る。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、第1
の投射光学手段により台形歪のある中間像をつくり、第
2の投射光学手段により台形歪のない画像を作る斜め投
射型表示装置において、第1の投射光学手段を互いに平
行でない少なくとも2つのレンズを使用することによ
り、光変調手段をほぼ平行光で照明することができ、全
画面に対して明るさ、コントラストのムラを少なくする
ことができる。また、第1の投射光学系を互いに平行で
ない2つのレンズを2組以上で構成することにより各レ
ンズの傾きが少ない、従って収差の少ない結像性能の良
好な投射表示装置を提供することができる。
【0028】更に、キャビネットに組み込んで背面投射
型表示装置とするとき、斜め投射によりキャビネットの
容積、特に奥行きを大幅に低減する事が可能となり、コ
ンパクトな表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による斜め投射の光学系の配置図であ
る。
【図2】図1のライトバルブの説明図である。
【図3】図1の中間像の説明図である。
【図4】図1のスクリーン上での結像の説明図である。
【図5】本発明による第1の投射光学系の正のレンズに
よる実施例の図である。
【図6】本発明による第1の投射光学系の正のレンズと
負のレンズによる実施例の図である。
【図7】本発明による、互いに平行でない2つのレンズ
を2組用いた第1の投射光学系の正レンズによる実施例
の図である。
【図8】本発明による、互いに平行でない2つのレンズ
を2組用いた第1の投射光学系の正レンズと負レンズに
よる実施例の図である。
【図9】本発明による、互いに平行でない2つのレンズ
を2組用いた第1の投射光学系の正レンズと負レンズに
よる第2の実施例の図である。
【図10】本発明に使用するレンズの実施例の断面図で
ある。
【図11】本発明に使用するプリズムの全反射によるス
クリーン断面の一部拡大図である。
【図12】本発明による斜め投射光学系による背面投射
型表示装置の構成例の断面図である。
【図13】傾いた物面の結像の説明図である。
【図14】図13の物面の結像の像面図である。
【図15】図13の像面の結像の像面図である。
【図16】斜め投射光学系の断面図である。
【図17】図16のライトバルブの説明図である。
【図18】図16の台形歪のある像面の説明図である。
【図19】図16のスクリーンの結像の説明図である。
【図20】照明系を含んだ斜め投射光学系の光路図であ
る。
【符号の説明】
1 光源 2 ライトバルブ 3 第1の投射光学系の第1レンズ 4 第1の投射光学系の第2レンズ 5 中間像面 6 第2の投射光学系 7 スクリーン 8 ライトバルブ 9 第1の投射光学系の第1レンズ 10 第1の投射光学系の第2レンズ 11 中間像面 12 ライトバルブ 13 第1の投射光学系の第1レンズ 14 第1の投射光学系の第2レンズ 15 中間像面 16 ライトバルブ 17 第1の投射光学系の第1レンズ 18 第1の投射光学系の第2レンズ 19 第1中間像面 20 第1の投射光学系の第3レンズ 21 第1の投射光学系の第4レンズ 22 第2中間像面 23 ライトバルブ 24 第1の投射光学系の第1レンズ 25 第1の投射光学系の第2レンズ 26 第1中間像面 27 第1の投射光学系の第3レンズ 28 第1の投射光学系の第4レンズ 29 第2中間像面 30 ライトバルブ 31 第1の投射光学系の第1レンズ 32 第1の投射光学系の第2レンズ 33 第1中間像面 34 第1の投射光学系の第3レンズ 35 第1の投射光学系の第4レンズ 36 第2中間像面 37 スクリーン 38 キャビネット 39 投射光学ユニット 40 第1のミラー 41 第2のミラー 42 スクリーン 43 傾いた物面 44 レンズ 45 傾いた像面 46 ライトバルブ 47 第1の投射レンズ 48 台形歪のある像面 49 第2の投射レンズ 50 スクリーン 51 光源 52 コンデンサーレンズ 53 ライトバルブ 54 第1の投射レンズ 55 台形歪のある像面 56 第2の投射レンズ 57 スクリーン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03B 21/00 G02B 27/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、光変調手段と、光変調手段で生成
    される像をスクリーンに投射する投射手段と、スクリー
    ンとを有し、前記投射手段で投射される投射光の中心光
    軸が前記スクリーンに対して斜めに入射する投射型表示
    装置に於て、 前記投射手段は、前記光変調手段で生成された像を台形
    歪のある中間像に変換する第1の投射光学手段と、前記
    台形歪のある中間像をスクリーン上で台形歪のない像に
    変換する第2の投射光学手段とから構成されてなり、 前記第1の投射光学手段は、互いに平行でない2つのレ
    ンズを有し、前記平行でない2つのレンズは、光源側レ
    ンズのスクリーン側焦平面とスクリーン側レンズの光源
    側焦平面との交線が、光源側レンズの主点とスクリーン
    側レンズの主点とを結ぶ直線上を通るように配置される
    ことを特徴とする投射型表示装置。
  2. 【請求項2】前記第1の投射光学手段は、互いに平行で
    ない少なくとも2つのレンズを2組以上有することを特
    徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。
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