JP3642183B2

JP3642183B2 - 背面投写型表示装置

Info

Publication number: JP3642183B2
Application number: JP13701198A
Authority: JP
Inventors: 昌史坂口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: JPH11327048A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型スクリーンに画像を表示する、背面投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来の背面投写型表示装置の例を側面方向から見た断面図で示す。図６に示したように、この背面投写型表示装置は、画像を形成して投写する投写機１４と、投写光学系から出射された光を反射する第１のミラー６と、第１のミラーによって反射された光を透過型スクリーン８に向けて反射する第２のミラー７と、第２のミラー７によって反射された光が投写される透過型スクリーン８とが、筐体１５に収納されることによって構成される。
【０００３】
図６に示した背面投写型表示装置にかかる投写機１４の例を図７に示す。光源１６から出力された光は、ダイクロイックミラー１７によって赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色に分光された後、ミラー１８でそれぞれ反射され、液晶ライトバルブ１に入射する。液晶ライトバルブ１には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色毎の画像信号に応じた情報が表示される。液晶ライトバルブ１によって投写光変調された各色の光は、４つの三角柱状のプリズムの貼り合わせ面に沿ってダイクロイック膜がＸ字状に形成されたクロスダイクロイックプリズム３によって合成され、投写レンズ４により投写光拡大投写される。投写光２は、第１のミラー６、第２のミラー７により反射され、透過型スクリーン８上に結像される。これにより、観察者１１は、透過型スクリーン８上に結像した画像を鑑賞することが可能である。また、筐体１５は、上記の各部位を保持するための構造体であるとともに、内部を暗室構造として、透過型スクリーン８裏面に外光が入射してコントラストが低下することを防いでいる。
【０００４】
ここで、投写レンズ４先端から透過型スクリーン８までのいわゆる投写距離は、投写レンズ４の性能、透過型スクリーン８の対角サイズ、あるいは透過型スクリーン８の特性などから制約され、極端に短くすることができない。例えば、透過型スクリーン８の対角サイズが６０インチの場合、投写レンズ４の画角や、コストに対する一般的な設計値から、約１２００ｍｍ程度以上は必要である。従って、透過型スクリーン８の対角サイズが大きくなれば、すなわち画面が大きくなれば、投写距離が長くなり機器の奥行き寸法も大きくなるのが一般的である。また、透過型スクリーン８に入射する投写光２の光軸は、透過型スクリーン８面に対して垂直に配置されるのが一般的である。そのため、上記従来技術では、筐体１５の奥行き寸法を小さくするために、投写レンズ４から出力され、透過型スクリーン８に結像する間の投写光２の光軸を、例えば、２つのミラー（第１のミラー６、第２のミラー７）によって、奥行き寸法が最小になるように、それぞれ独立な角度で折り曲げている。また、投写機１４も奥行き寸法を短くするために傾斜して設置される。
【０００５】
また、背面投写型表示装置の多くは、画面の大きさが４０インチ以上の大きなものが一般的であり、映画鑑賞などに使用される形態が多い。さらに最近では、画像入力源として、画面のアスペクト比が予め１６：９で制作されているものも多く、画像のアスペクト比は４：３のものと混在状態にある。しかしながら、従来の背面投写型表示装置では、透過型スクリーン８の画面の大きさを、購入時にアスペクト比４：３か、もしくは１６：９に選択しなければならず、例えばアスペクト比４：３の背面投写型表示装置を購入した場合、１６：９の画像を鑑賞すると上下左右に黒い帯のような非表示部分が生じてしまう。この部分は、鑑賞時に単に不快なだけではなく、投写機１４に対しても負荷となり、液晶ライトバルブ１焼き付きなどの原因となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来では、投写光２の光軸を、奥行き寸法優先で適当な角度に折り曲げることや、投写機１４を傾斜して設置することは、投写機１４と透過型スクリーン８上の画像との位置合わせに関わる調整が複雑になり、そのための複雑な調整機構が必要となる。さらに、このことは単に機器の設計が複雑になるのみならず、重量増加、コストアップなどに繋がることにもなる。
【０００７】
また、背面投写型表示装置では、投写機１４と透過型スクリーン８までの距離が一定であるため、投写レンズ４に単焦点レンズを使用している。そのため、透過型スクリーン８上の画像の大きさを、観察者１１が任意に変えることは不可能である。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、投写機１４と透過型スクリーン８上の画像との位置合わせに関わる調整を、容易に行うことを可能とすることにある。
【０００９】
また、透過型スクリーン８上の画像画面の大きさを、アスペクト比４：３、あるいは、アスペクト比１６：９に、観察者１１が任意に選択可能とすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の背面投写型表示装置は、画像を形成するための画像形成手段と、該画像形成手段から出射された光を投写する投写光学系とを備えた投写機と、前記投写光学系からの出射された投写光を反射する反射光学系と、前記反射光学系によって反射された投写光が投写される透過型スクリーンと、を有する背面投写型表示装置であって、前記反射光学系は、少なくとも前記投写光学系から出射された投写光を受け取り反射するための第一の反射手段と、前記第一の反射手段からの反射光を受け取り、前記透過型スクリーンに向けて反射するための第二の反射手段とから構成され、前記第一の反射手段の反射面と、前記第二の反射手段の反射面とが、互いに向き合い平行となる角度に配置されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の上記構成によれば、反射光学系により投写光の光軸を折り曲げることで、投写機から透過型スクリーンまでの距離が短くなり、機器の薄型化を図ることが可能である。また、２つの反射手段の反射面同士が互いに平行であるため、透過型スクリーンに入射する光線の光軸と、投写機から出射される光線の光軸とが互いに平行となり、投写機を透過型スクリーンに対して前後、左右、上下方向に移動することで、透過型スクリーンと投写機との位置合わせが容易になる。さらに、投写光学系の焦点距離の調整も容易になる。
【００１２】
本発明の背面投写型表示装置において、投写光学系は複数のレンズから構成され、特定の２つのレンズの間に光軸を屈曲するための反射ミラーを有する構成としても良い。このような構成とすれば、、投写光学系の全長を短くすることができるため、投写機の奥行き寸法を短くすることができる。
【００１３】
また、本発明の背面投写型表示装置において、投写機と透過型スクリーンとの距離を、投写機によって投写される光の光軸方向に沿って、調整可能とするための調整機構を設けることも可能である。このような構成によれば、画面の大きさをズームレンズなどを用いることなく変えることが可能である。
【００１４】
さらに、このように調整機構を設けた背面投写型表示装置において、調整機構は、第一の反射手段を反射面の法線方向に移動させるものとし、第二の反射手段は移動させないようにすることが好ましい。このような構成によれば、第一の反射手段と第二の反射手段の位置関係を保持した状態での固定が可能であり、そのため装置の光学調整や、位置合わせが容易である。また、反射光学系にずれが生じた場合でも、複数の反射手段がそれぞれ独立にずれることがないため、配置を復元することが容易である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の具体的な形態を図面を参照して詳述する。
【００１６】
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる背面投写型表示装置を表す装置の側面からの断面図であり、図２は、この背面投写型表示装置に組込まれている投写機５の説明図である。また、これ以降の実施形態において、第一の実施形態と同一または同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００１７】
本実施形態にかかる背面投写型表示装置は、投写機５と、第一の反射手段である第１のミラー６と、第二の反射手段である第２のミラー７と、投写機５から投写された投写光２が結像される透過型スクリーン８とから大略構成されている。
【００１８】
投写機５は、例えば、液晶ライトバルブ１に後方から光を照射するための光源１６と、光源１６から出力された光を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色に分光するための２つのダイクロイックミラー１７と、分光された光を反射するためのミラー１８と、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応した画像を形成するための画像形成手段である３枚の液晶ライトバルブ１と、各液晶ライトバルブ１によって変調された各色の変調光９を合成するためのクロスダイクロイックプリズム３と、合成された光２を拡大投写するための投写光学系である投写レンズ４とからなる。
【００１９】
液晶ライトバルブ１は、入力されたＲＧＢ各色に対応した画像情報信号を変調して、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応した画像を形成する。液晶ライトバルブ１によって形成されたＲＧＢ各色の情報は、４つの三角柱状プリズムの貼り合わせ面に沿ってダイクロイック膜がＸ字状に形成されたクロスダイクロイック３により一つの投写光２として合成される。合成された投写光２は、さらに投写レンズ４により拡大投写される。投写レンズ４は、複数のレンズから構成され、ある２つのレンズ間に平面ミラーが配置されることによって、光軸が水平方向に９０度屈曲しており、投写光２は投写レンズ４内部においてその光軸が９０度曲げられる。例えば、図２のような光学構成の投写機５の場合、投写レンズ４の光軸を屈曲させることで、投写機５の配置方向を９０度回転させることが可能となり、投写機５を傾けることなく奥行き寸法を短くすることが可能である。
【００２０】
投写機５は、取付台１０上に保持される。取付台１０は、透過型スクリーン８に対して、投写機５から出力された投写光２の光軸が垂直になるように投写機５を保持している。また、取付台１０は、上下、左右、前後のそれぞれの方向に、投写機５の位置を調整できるように構成されている。
【００２１】
投写機５から出力された投写光２は、第一のミラー６によって反射され、さらに第二のミラー７により反射される。第１のミラー６と第２のミラー７は、反射面が互いに向き合い、平行な角度で保持される。反射された投写光２は、投写光２が結像される透過型スクリーン８の中心に、投写光２の主光線の光軸が垂直に交わるような角度で入射する。観察者１１は、透過型スクリーン８に結像された投写光２を、投写光２の入射側とは反対の方向から鑑賞することができる。
【００２２】
以上の構成によれば、取付台１０を透過型スクリーン８に対して、左右方向にスライドした場合、投写機５から出力された投写光２の光軸は、透過型スクリーン８に対して垂直を保ったまま、左右方向のみの移動が可能である。また、取付台１０を、透過型スクリーン８に対して前後方向にスライドすることにより、画像の大きさを拡大、縮小することや、焦点距離を調整することが可能であり、このとき投写光２の光軸は上下、左右方向には全く動かない。これは、第１のミラー６と第２のミラー７が、互いに反射面が向き合い、平行な角度を保つように保持されているためである。すなわち、第１のミラー６と第２のミラー７が平行であるため、投写光２が第１のミラー６に入射する角度は、そのまま第２のミラー７により反射され出射する角度と等しい。そのため、投写機５から出力された投写光２の光軸の角度は、間にミラーを介しても変わることはなく、透過型スクリーン８に入射させることが可能である。
【００２３】
このように、透過型スクリーン８上に結像した画像の位置調整を、画像の動きと同じ方向に取付台１０を動かすことにより、容易に感覚的に行うことができる。また、スクリーンに入射するときの光軸と投写機５から出射するときの光軸とが平行になることから、投写機５の配置は常に平行に近いため、投写機５を移動させるための調整機構の構造も簡略化されて、その調整も容易である。
【００２４】
なお、本実施形態において投写機５は、変調素子として光透過型の液晶ライトバルブを３つ用いたものを例に用いて説明したが、これに限定するものではなく、例えば変調素子として光透過型の液晶ライトバルブの代わりに、光反射型の液晶変調素子や、マイクロミラーによって変調を行う変調素子を用いたもの、変調素子を１つしか用いないもの、等であっても良い。また、反射ミラーの数も、２つに限定するものではない。
【００２５】
（第二の実施形態）
図３は、本発明の第二の実施形態を表す背面投写型表示装置の正面図であり、図４、図５はその機能の説明図である。
【００２６】
図４において、本装置は、画像投写手段である投写機５と、第一の反射手段である第１のミラー６と、第二の反射手段である第２のミラー７と、投写機５から投写された投写光２が結像される透過型スクリーン８とから大略構成される。透過型スクリーン８は、画面の大きさが垂直方向に対して水平方向の方が長く、例えばアスペクト比が１６：９である。
【００２７】
第１のミラー６と第２のミラー７は、反射面を互いに平行となるように角度を保った状態で、第１のミラー６と第２のミラー７の距離を伸縮可能に、例えばスライドレール１２によって保持される。また、第１のミラー６は、取付台１０によって投写機５に対して角度と距離が固定されるように保持される。同時に第２のミラー７は、透過型スクリーン８に対して角度と距離を固定されるように保持される。
【００２８】
例えば、観察者１１が画面のアスペクト比が４：３の画像１９を鑑賞する場合、図３のように透過型スクリーン８の前面左右にカバー１３を装着する。これにより、透過型スクリーン８の画面のアスペクト比は４：３となる。また、投写機５から透過型スクリーン８までの距離は、画面の垂直方向の長さが透過型スクリーン８の垂直方向の長さと同等になるように、取付台１０を移動して調整する。しかしこの状態において、画面のアスペクト比が１６：９の画像２０を鑑賞する場合、透過型スクリーン８の上下左右に黒い帯のような非表示部分が発生し、観察者１１は画像が縮小したように感じる。そこで、透過型スクリーン８の前面に装着したカバー１３を外し、図５のように、スライドレール１２によって第１のミラー６を下降させて、第１のミラー６と第２のミラー７との距離を伸ばすことにより、画像の大きさが拡大され、透過型スクリーン８の画面の大きさと、画像の大きさを合わせることが可能である。この場合、投写レンズ４の焦点距離を調整することが必要であるが、自動合焦装置付きレンズを用いることで、容易に調整できる。さらに、ミラーを移動する機構と、投写レンズ４の焦点調整を連動して自動化することで、鑑賞者１１が画像ソースによって画面のアスペクト比を任意に、しかも容易に選択することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の背面投射型表示装置は、反射光学系により光軸を折り曲げることで、画像投写手段から透過型スクリーンまでの距離が短くなり、機器の薄型化を図ることが可能である。また、反射光学系に含まれる２つの反射手段の反射面を互いに平行な角度に保持することで、透過型スクリーンに入射する光線の光軸と、画像投写手段から出射する光線の光軸とが互いに平行となり、透過型スクリーンと画像投写手段との位置合わせが容易になる。さらに、投写機の焦点距離の調整も容易になる。また、画像の大きさを使用者が容易に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態を表す背面投写型表示装置の側面方向から見た断面図。
【図２】本発明の第一の実施形態における投写機の説明図。
【図３】本発明の第二の実施形態を表す背面投写型表示装置の正面図。
【図４】本発明の第二の実施形態における反射手段の初期状態の説明図。
【図５】本発明の第二の実施形態における反射手段の動作状態の説明図。
【図６】従来技術を表す背面投写型表示装置の側面方向から見た断面図。
【図７】従来技術を表す投写機の説明図。
【符号の説明】
１液晶ライトバルブ（画像形成手段）
２投写光
３クロスダイクロイックプリズム
４投写レンズ（投写光学系）
５投写機
６第１のミラー（第１の反射手段）
７第２のミラー（第２の反射手段）
８透過型スクリーン
９変調光
１０取付台
１１観察者
１２スライドレール
１３カバー
１４投写機
１５筐体
１６光源
１７ダイクロイックミラー
１８ミラー
１９４：３の画像
２０１６：９の画像

Claims

画像を形成するための画像形成手段と、該画像形成手段から出射された光を投写する投写光学系とを備えた投写機と、
前記投写光学系から出射された投写光を反射する反射光学系と、
前記反射光学系によって反射された投写光が投写される透過型スクリーンと、を有する背面投写型表示装置であって、
前記反射光学系は、少なくとも前記投写光学系から出射された投写光を受け取り反射するための第一の反射手段と、前記第一の反射手段からの反射光を受け取り、前記透過型スクリーンに向けて反射するための第二の反射手段とから構成され、前記第一の反射手段の反射面と、前記第二の反射手段の反射面とが、互いに向き合い平行となる角度に配置され、
さらに、前記第一の反射手段と前記第二の反射手段との距離を変化させるための、前記第一の反射手段を移動させる移動機構と、この移動機構に連動して前記投写光学系の投写レンズの焦点距離を調整する自動合焦装置とを有し、画像ソースに応じたアスペクト比の画像を前記透過型スクリーンに投写することを特徴とする背面投写型表示装置。
請求項１記載の背面投写型表示装置であって、前記透過型スクリーンの前面左右に着脱自在なカバーを有し、画像ソースによって画面のアスペクト比を選択可能であることを特徴とする背面投写型表示装置。
請求項１記載の背面投写型表示装置であって、前記投写機と前記透過型スクリーンとの距離を、前記投写機によって投写される投写光の光軸方向に沿って、調整可能とするための調整機構をさらに有することを特徴とする背面投写型表示装置。
請求項１記載の背面投写型表示装置であって、前記移動機構は、前記第一の反射手段を該反射面の法線方向に移動させることを特徴とする背面投写型表示装置。