JP3813973B2 - リアプロジェクションテレビ及びその投射方法 - Google Patents

Description

本発明は、リアプロジェクションテレビ及びその投射方法に関し、特に画像表示素子における画像をスクリーンへ拡大投写するリアプロジェクションテレビ及びその投射方法に関する。

従来のリアプロジェクションテレビを図９〜図１１に基づいて以下に説明する。図９には、従来例１としてのリアプロジェクションテレビの内部構成が示されている。図９に示されるように、従来例１のリアプロジェクションテレビは、筐体内後方下部に配置したプロジェクタ本体１０１から発射された光束が筐体内前方下部に設けられた第一平面ミラー１０２、筐体内背面に設けられた第二平面ミラー１０３を介して折り返し投写を行い、筐体前面に設けられた透過スクリーン１０４に結像することで画面を表示するものである。

図１０には、従来例２としてのリアプロジェクションテレビの内部構成が示されている。図１０に示されるように、従来例２のリアプロジェクションテレビは、筐体内上部に設けられたプロジェクタ本体１０１から発射された光束が、第一平面ミラー１０２、第二平面ミラー１０３、第三平面ミラー１０９を介して折り返し投射を行い、筐体前面に設けられた透過スクリーン１０４に結像することで画面を表示するものである。この従来例２においては、折り返し投射を行うためのミラーを増加し、プロジェクタ１０１から発射された投写光束の折り返し回数を増やすことでリアプロジェクションテレビ本体の厚さをより薄くするものである。例えば、このようなリアプロジェクションテレビとして、特許文献１に開示される「斜め投射型表示装置」がある。

図１１は、従来のリアプロジェクションテレビの内部構成における迷光発生を説明する図である。図１１において、プロジェクタ本体１０１から発射された光束は、角度を持って透過スクリーン１０４に入射した時点で、その成分の幾らかが当該透過スクリーン１０４の表面で反射されてしまう。透過スクリーン１０４で反射された光束１１１は、筐体背面に設けられた第二平面ミラー１０３を経由して再び透過スクリーン１０４に光束１１２が入射することになる。この再度入射した光束１１２が画面上に現れて迷光となり、本来の画像にはないゴースト像をスクリーン上に映し出すこととなる。

同様に、外部より侵入してきた光束（室内照明光など）も、透過スクリーン１０４を透過後、筐体内背面に設けられた第二平面ミラー１０３で反射され、再度透過スクリーン１０４に入射することによる迷光（ゴースト像）を写し出すこともある。

特開平４−１０７５２１号公報 特開平５−８８２６４号公報

上述されるような従来のリアプロジェクションテレビにおいては、以下に示すような問題点が存在する。

第１の問題点は、平面ミラーの一つを収納するためにスクリーン下部に収納空間が必要となる点である。その収納空間は外観上余分な部分（スカート）となり、リアプロジェクションテレビの小型化の妨げとなるというものである。

第２の問題点は、リアプロジェクションテレビの投写距離による奥行きの大きさである。従来の投写レンズによる投写において、その投写距離はレンズの設計上長くなってしまい、折り返しミラーによる光路折り返しを行ってもＣＲＴモニタと同等の奥行きになってしまうというものである。

第３の問題点は、スクリーン入射面における光束の反射、及びリアプロジェクションテレビ本体外部より入射してくる外部光によって画面上に映る迷光（ゴースト像）が発生するというものである。

第４の問題点は、反射ミラーの使用枚数が多い場合、各反射ミラーの反射率の問題により、画像の明るさが劣化するというものである。

第５の問題点は、リアプロジェクションテレビ本体にあるスカート部の存在により、多数のリアプロジェクションテレビを縦横に配列したマルチリアプロジェクションテレビが製作できないというものである。

上述されるようなマルチリアプロジェクションテレビを作り出すためには、スクリーン間の接合部が目立たないことが必要である。よって、リアプロジェクションテレビ本体にスカート部が存在すると、マルチリアプロジェクションテレビは製作できない。そのため、従来のマルチリアプロジェクションテレビでは、プロジェクタの光束をミラーの折り返しなしで投写する形態が採用されていた。従って、設置は大がかりな工事となり、コストの上昇と量産対応のできない点や、折り返し投写ができないことで投写距離を得るために奥行きの広い部屋が必要になるという問題があった。

これらの一部を解決する手段として、特許文献２には、筐体の前面全体にスクリーンを設け、プロジェクタの出射光が直接天板側に向くように設置するとともに、天板側から大きな反射ミラーを斜めに設置して上記出射光をスクリーンへ向けて反射させる構成を開示している。この構成は、スカート部がなくなるが、スクリーンへの入射角が大きくならないように大きめの反射ミラーが天板側から大きく傾斜してもうけられているので、筐体の奥行きはスクリーンサイズ（スクリーンの対角線寸法）の１／２〜１／３程度にしか縮小できない構成である。また、プロジェクタを上向きに設置するという不自然な配置構成であるため、保守管理が面倒である。

本発明の第１の目的は、リアプロジェクションテレビのスカート部消去と奥行きのさらなる減少により装置全体を小型化するリアプロジェクションテレビ及びその投射方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、画面上に映る迷光（ゴースト像）の消去により画質を向上するリアプロジェクションテレビ及びその投射方法を提供することにある。

本発明の第３の目的は、平面反射ミラーの枚数削減により明るさを向上するリアプロジェクションテレビ及びその投射方法を提供することにある。

本発明のリアプロジェクションテレビは、透過型スクリーンと、画像情報を含む光束を出射するプロジェクタと、複数の結像用ミラーで構成される結像用光学部品と、前記結像用光学部品からの光束を前記透過型スクリーンの背面に向けて反射する１つの平面反射ミラーと、を備え、前記結像用光学部品と前記透過型スクリーンとの間の光路中には、前記１つの平面反射ミラー以外のミラーは存在せず、前記リアプロジェクションテレビの前面が実質的に前記透過型スクリーンで構成され、前記平面反射ミラーが、前記透過型スクリーンの端部近傍に前記透過型スクリーンに対して略直角に存在することを特徴とする。

或いは、本発明のリアプロジェクションテレビは、透過型スクリーンと、画像情報を含む光束を出射するプロジェクタと、複数の結像用ミラーで構成される結像用光学部品と、前記結像用光学部品からの光束を前記透過型スクリーンの背面に向けて反射する１つの平面反射ミラーと、を備え、前記結像用光学部品と前記透過型スクリーンとの間の光路中には、前記１つの平面反射ミラー以外のミラーは存在せず、前記結像用光学部品が、前記透過型スクリーンの後方で、かつ、前記透過型スクリーンの下端よりも上方に位置し、前記平面反射ミラーが、前記透過型スクリーンの上端部近傍に前記透過型スクリーンに対して略直角に存在することを特徴とする。或いは、本発明のリアプロジェクションテレビの投射方法は、プロジェクタから出射された画像情報を含む光を、複数の結像用ミラーから構成される結像用光学部品で投射し、前記投射された画像情報を含む光を、前記結像用光学部品と実質的に前面を構成するスクリーンとの間の光路中でかつ前記スクリーンの端部近傍に前記スクリーンに対して略直角に設けられた１つの平面反射ミラーによって前記スクリーンの背面に向けて反射することで、前記スクリーンに、前記画像情報を結像させることを特徴とする。或いは、本発明のリアプロジェクションテレビの投射方法は、プロジェクタから出射された画像情報を含む光を、スクリーンの後方で、かつ、前記スクリーンの下端よりも上方に位置する複数の結像用ミラーから構成される結像用光学部品で投射し、前記投射された画像情報を含む光を、前記結像用光学部品と前記スクリーンとの間の光路中でかつ前記スクリーンの上端部近傍に前記スクリーンに対して略直角に設けられた１つの平面反射ミラーによって前記スクリーンの背面に向けて反射することで、前記スクリーンに、前記画像情報を結像させることを特徴とする。

本発明のリアプロジェクションテレビ及びその投射方法によれば、従来のような平面ミラーのためだけの収納空間を作る必要が無くなり、筐体の前面をスクリーンのみとすることもできる。また、装置本体を小型化することもできる。

また、本発明のリアプロジェクションテレビ及びその投射方法によれば、結像用ミラーを用いることにより、従来の投写レンズを用いる場合よりもプロジェクタの投写距離が大幅に短くなるので、全体の光路を短縮することができると共に、結像用ミラーと折り返し投写を用いることで装置本体の奥行きを従来よりも小さくすることができる。

また、本発明のリアプロジェクションテレビ及びその投射方法によれば、光束の打ち上げ角度が従来のリアプロジェクションテレビよりも大きくなるので、画面上での迷光（ゴースト）を防止することができる。

また、本発明のリアプロジェクションテレビ及びその投射方法によれば、反射ミラー枚数を少なくするので、ミラーの総反射率も減少率が少ないまま保つことができるので、明るさを向上することができる。

さらに、本発明のリアプロジェクションテレビ及びその投射方法によれば、装置本体のスカートを無くして、筐体前面をスクリーンのみとすることもできるので、従来では専用の改造や大規模工事が必要となる大画面マルチリアプロジェクションテレビを容易に製作することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１を参照して、本発明の一実施例を説明すると、筐体１０の前面側の全面は透過型のスクリーン４が配置されている。複数の結像用ミラー群５ａ〜５ｄを結像用光学部品として用いるプロジェクタ１がリアプロジェクションテレビの筐体１０内の底板側に配置されている。筐体１０の天板側には平面ミラー３が配置されている。
プロジェクタ１から発した光束は、複数の結像用ミラー群５ｄ，５ｃ，５ｂ，５ａによりスクリーンの法線に対して４５度以上の高角度で打ち上げ投写される。スクリーン４に対して直交する位置関係で筐体内の上面側に配置された平面ミラー３によって筐体前面に反射し、筐体前面のスクリーン４上にプロジェクタ１からの投射画像が結像される。

本発明の特徴は、天板側の平面ミラー３へ向けて高角度で打ち上げ投写される光束の中心（光軸）が平面ミラー３に近づくにつれてスクリーン４に近づくように構成されている。つまり、図示のように投写光軸とスクリーンとの距離が天板側反射ミラーに近づくにつれ小さくなるように配置されている。

平面ミラー３の主面がスクリーン４の主面と直交しているので、平面ミラー３への投写光束の打ち上げ角度がスクリーン４への結像光束の入射角と同じとなる。すなわち、本発明では、従来公知のスクリーンへの入射角を小さく抑える技術思想とは逆行して、入射角を４５度以上となるように光学系を配置することにより、筐体の薄型化を達成していることを特徴としている。また、スクリーンへの入射角が従来のリアプロジェクションテレビよりも大きくすることにより、後述するように画面上での迷光（ゴースト）を防止する効果も発揮している。

スクリーン４としては、拡大図に示すような、スクリーンの内側面に凹凸を有する全反射式フレネルレンズ４１を採用することが望ましい。より望ましくは、レンチキュラーレンズと重ねた構成のスクリーンとするとよい。

次に、本発明の参考例を、図２及び図３を参照して説明する。本参考例では、筐体１０内の背面側に平面ミラー２を追加している。新たにミラー２を追加したため、複数の結像用ミラー５ａ〜５ｄを結像用光学部品として用いるプロジェクタ１を筐体１０内の背面側に投写する向きで設置している。

また、プロジェクタ１から投射された光束が筐体背面側、筐体上面側を経由して筐体前面のスクリーン４に結像するように配置される。すなわち、平面ミラー２の主面が、スクリーン４の主面と平行する位置関係になるように筐体内の背面側に平面ミラー２を配置している。また、スクリーン４に対して直交する位置関係になるように筐体内の上面側に平面ミラー３を配置している。

画像表示素子として、液晶パネルを用いた場合のプロジェクタについて図２を参照して述べる。液晶パネルで形成された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画像光線がクロスプリズム１ｂで合成されて出射する、所謂、液晶プロジェクタの場合である。プロジェクタ１の前方には投写結像用ミラー５ｄが設置してあり、投写結像用ミラー５ｄの上方に、光路がジグザグになるように投写結像用ミラー５ｃ〜５ａが順次上方に向かって前後に互い違いに配置されて投写結像光学系が構成されている。これら４個の投写結像用ミラーにより映像光線は反射・折り返されて順次上方に進行する。最終段の投写結像用ミラー５ｄの斜め前方の筐体内背面に折り返し用平面ミラー２が設置され、さらに筐体内天板面に折り返し用平面ミラー３が設置されている。プロジェクタ１を出射した光線は、投写結像用ミラー、折り返し用平面ミラー２，３で反射・折り返されてジグザグに進みスクリーン４に投写・結像する。

本発明のリアプロジェクションテレビでは、本体奥行きをより短くする目的から、プロジェクタ１とスクリーン４との間に映像投写用部品として非球面ミラーから成る複数の投写結像用ミラー及び一つの折り返し用平面ミラー２を配置している。非球面ミラーはレンズ、平面ミラー等に比べて打ち上げ角度を大きくできるので、この投写結像用ミラー５ａ〜５ｄを用いることで短い投写距離で高倍率の画面となり、更に、投写光線（入射光線Ｌｉ）の打ち上げ角度ζ（図２参照）が通常の投写レンズを用いた場合よりも大きくなる。この結果、スクリーン４への入射角度も大きくなり、平面ミラーやその他の部品が投射光線の折り返し反射に干渉、遮光されなくなるため、リアプロジェクションテレビの奥行きが大幅に薄く出来るようになる。

筐体前面には、フレネルレンズ７、レンチキュラーレンズ８等で構成されたスクリーン４を設置し、筐体内上面側の平面ミラー３で反射された光束がスクリーン４に結像される構成としている。

次に、本発明の他の実施例であるリアプロジェクションテレビにつき、図４を参照して説明する。図４に示されるように、天板側の平面ミラー３は、スクリーン４の主面に対して９５度の位置関係で筐体内の上面側に配置されている。複数の結像用ミラー群５ａ〜５ｄを結像用光学部品として用いるプロジェクタ１は、図１に示す実施例と同様に、リアプロジェクションテレビの筐体内に配置する。

プロジェクタ１から投射された光束は、複数の結像用ミラー群５ｄ，５ｃ，５ｂ，５ａによりスクリーンの法線に対して４５度以上の高角度で打ち上げ投射される。この投射光束は平面ミラー３によって筐体前面に反射されることにより、筐体前面のスクリーン４上にプロジェクタ１からの画像が結像される構成である。同図では、平面ミラー３の設置角度をスクリーン面に対して９５度とした場合を示したが、この角度は７０度から１２０度まで変化させても本発明の意図を実現可能である。

図５は、本発明の各実施例において用いられる結像用光学部品のとしての複数の結像用ミラー群の配置状況を示す概略図である。図５に示されるように、不図示のプロジェクタから発射された光束は、液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等により構成される画像表示素子６を介してミラー５ｄ、ミラー５ｃ、ミラー５ｂ、ミラー５ａの順に折り返し反射される。ミラー５ａにより反射された光束は、不図示の筐体背面あるいは筐体天板に設けられた平面ミラーを介して、スクリーンに投射される構成となっている。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、本発明の各実施例において好適なスクリーンの概略構成を示す上面図および正面図である。スクリーンは、全反射式フレネルレンズ７と、レンチキュラーレンズ８とを重ねて構成されている。全反射式フレネルレンズ７は、厚いレンズの光学的性質を備えるように、レンズの曲率だけを平面に階段状に形成された薄いレンズである。この全反射式フレネルレンズを用いると、球面レンズではできない、口径よりも短い焦点距離を可能とする。レンチキュラーレンズ８は、平面上にシンドリカルレンズを並べたレンズであり、光線の分割集光、散乱の効率をよくするものである。

図７は、図２に示す参考例における迷光の光路追跡図である。図７に示されるように、光束は、スクリーンの法線に対して高い角度で打ち上げられている。そこで、スクリーン４の表面で反射される一部の光束は、平面ミラー３で再反射されるが、元々の光束の平面ミラー３における入射角度が大きいため、平面ミラー３で再反射された後はスクリーン４の外部に向かう。よって、スクリーン４に入射できないようになる。

同じく、外部から入射した光束１３に対しても、投射光束を高角度で打ち上げる内部構造のため、平面ミラー２で再反射されるが、当該平面ミラー２の配置位置により再反射光１２は、スクリーン４に入射できないようになる。このことから、画面上における迷光は、発生しなくなる。

また、上記何れの実施形態も、結像光学系に非球面レンズから成る投映結像用ミラー５ａ〜５ｄを用いているが、投映結像用ミラーと投射レンズとの組合せで結像光学系を構成してもよい。

また、プロジェクタとしては、液晶パネルを用いた透過型の映像投写装置を用いた例を示したが、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、微小ミラー３２をシリコン基板３１の表面にマトリクス状に配置して成る微小ミラー集合体で構成されたミラーアレイを用いてもよい。このミラーアレイは、図８（ｂ）に示すように、微小ミラー３２が捻れ梁３３により支持されてシリコン基板上に設置され、１つの微小ミラー３２で１画素を形成している。微小ミラー３２は、微小ミラー裏側のシリコン基板表面に設けたアドレス電極３４との間の静電吸引力により回転する。このように、アドレス電極３４に印加する電圧をオン・オフすることにより各微小ミラー３２の姿勢をそれぞれ変化させ、光源ランプ３０からの光Ｌの反射方向を変化させて画像を生成し投写レンズ３７により画像を投射する（図８（ａ））。

なお、上述される各実施例は、本発明の好適な実施例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。

本発明の第１の実施例であるリアプロジェクションテレビの内部構造を示す側面透視図である。 参考例であるリアプロジェクションテレビの内部構成を示す側面透視図である。 図２に示すリアプロジェクションテレビの内部構成を示す透視斜視図である。 本発明の第２の実施例であるリアプロジェクションテレビの内部構成を示す側面透視図である。 本発明の各実施例における結像用光学部品としての複数の結像用ミラー群を示す概略説明図である。 本発明の各実施例に適した透過型スクリーンの概略構成を示す平面図および正面図である。 図２に示すリアプロジェクションテレビにおける迷光の光路追跡図である。 多数の微小ミラーから成るミラーアレイを用いた映像投写装置の概略図および微小ミラーの構成概略斜視図である。 従来例１のリアプロジェクションテレビの内部構成を示す側面透視図である。 従来例２のリアプロジェクションテレビの内部構成を示す透視斜視図である。 従来のリアプロジェクションテレビの内部構成における迷光発生を説明する側面透視図である。

符号の説明

１ プロジェクタ本体
２ 平面ミラー
３ 平面ミラー
４ スクリーン
５ａ〜５ｄ 結像用ミラー

Claims (4)

1. リアプロジェクションテレビであって、
   透過型スクリーンと、
   画像情報を含む光束を出射するプロジェクタと、
   複数の結像用ミラーで構成される結像用光学部品と、
   前記結像用光学部品からの光束を前記透過型スクリーンの背面に向けて反射する１つの平面反射ミラーと、を備え、
   前記結像用光学部品と前記透過型スクリーンとの間の光路中には、前記１つの平面反射ミラー以外のミラーは存在せず、
   前記リアプロジェクションテレビの前面が実質的に前記透過型スクリーンで構成され、
   前記平面反射ミラーが、前記透過型スクリーンの端部近傍に前記透過型スクリーンに対して略直角に存在することを特徴とする、
   リアプロジェクションテレビ。
2. 透過型スクリーンと、
   画像情報を含む光束を出射するプロジェクタと、
   複数の結像用ミラーで構成される結像用光学部品と、
   前記結像用光学部品からの光束を前記透過型スクリーンの背面に向けて反射する１つの平面反射ミラーと、を備え、
   前記結像用光学部品と前記透過型スクリーンとの間の光路中には、前記１つの平面反射ミラー以外のミラーは存在せず、
   前記結像用光学部品が、前記透過型スクリーンの後方で、かつ、前記透過型スクリーンの下端よりも上方に位置し、
   前記平面反射ミラーが、前記透過型スクリーンの上端部近傍に前記透過型スクリーンに対して略直角に存在することを特徴とする、
   リアプロジェクションテレビ。
3. リアプロジェクションテレビの投射方法であって、プロジェクタから出射された画像情報を含む光を、複数の結像用ミラーから構成される結像用光学部品で投射し、前記投射された画像情報を含む光を、前記結像用光学部品と実質的に前記リアプロジェクションテレビの前面を構成するスクリーンとの間の光路中でかつ前記スクリーンの端部近傍に前記スクリーンに対して略直角に設けられた１つの平面反射ミラーによって前記スクリーンの背面に向けて反射することで、前記スクリーンに、前記画像情報を結像させることを特徴とする、リアプロジェクションテレビの投射方法。
4. プロジェクタから出射された画像情報を含む光を、スクリーンの後方で、かつ、前記スクリーンの下端よりも上方に位置する複数の結像用ミラーから構成される結像用光学部品で投射し、前記投射された画像情報を含む光を、前記結像用光学部品と前記スクリーンとの間の光路中でかつ前記スクリーンの上端部近傍に前記スクリーンに対して略直角に設けられた１つの平面反射ミラーによって前記スクリーンの背面に向けて反射することで、前記スクリーンに、前記画像情報を結像させることを特徴とする、リアプロジェクションテレビの投射方法。
   

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