JP3896248B2 - 投射型表示装置およびそれを用いたマルチ画面表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランプからの光を反射鏡で反射させ、その反射光を表示素子で映像信号により変調し、投射レンズで拡大してスクリ−ン上に投射する投射型表示装置に係わり、特に、複数の投射型表示装置により1つの画面を表示させるマルチ画面表示装置に好適な投射型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来からの投射型表示装置として、例えば特開平11-281923号公報に開示されているものがある。図8は、上記公報に開示されている光束制御手段を備えた投射型表示装置の構成図である。図7は、上記公報での従来技術を示す図である。
【0003】
図7において、1は白色光を放射するランプ、2はランプ1の発光体である。3はランプ1からの光を反射する軸対称回転曲面を有する反射鏡で、ランプ1の発光体2は反射鏡3の略焦点に配置されており、ランプ1からの光は反射鏡3で反射され、主光軸(図7で一点鎖線で示す)に平行な光線となる。4は複数行複数列に配列された矩形形状のレンズセルの集合体である第1レンズアレイ、4iは第1レンズアレイ4の任意のレンズセル、5は第1レンズアレイ4の各レンズセルの略焦点位置にそれぞれ対応して配置されたレンズセルの集合体である第2レンズアレイで、第1レンズアレイ4と第2レンズアレイ5でインテグレ−タを構成している。5iは第1レンズアレイ4のレンズセル4iに対応する第2レンズアレイ5のレンズセル、6は第1の集光レンズ、7は第2の集光レンズ、8は表示素子である液晶パネル、9は投射レンズでその内部に開口絞り10をそなえている。尚、第1レンズアレイ4と第2レンズアレイ5の各レンズセルの形状は、矩形形状で液晶パネル8に略相似な形状を有する。
【0004】
ランプ1からの光は反射鏡3で反射され、主光軸に平行な光線となり、第1レンズアレイ4に入射する。入射した平行光は第1レンズアレイ4の各レンズセルで第1レンズセル数に対応する光束群に分割され、第2レンズアレイ5の対応する各レンズセルに集光される。各レンズセルに集光された光束は、第2レンズアレイ5の対応する各レンズセルと第1の集光レンズ6で拡大され、液晶パネル8にそれぞれ重畳して入射する。このようにして、均一照明が実現される。第2レンズアレイ5の各レンズセルと第1の集光レンズ6は、第1レンズアレイ4の各レンズセルと液晶パネル8とが、互いに物体と像の関係(共役関係)となるように設けられているので、例えば、第1レンズアレイ4のレンズセル4iで集光された光束は、対応する第2レンズアレイ5のレンズセル5iと第1の集光レンズ6を通って液晶パネル8上に拡大照射される。このようにして、第1レンズアレイ4の各レンズセルで分割された各光束は、それぞれ液晶パネル8上に重畳され、均一照射を実現している。
【0005】
第2の集光レンズ7は、入射する光束を投射レンズ9の開口に効率よく透過させるためのレンズで、投射レンズ9の入射瞳位置に光束が集光するように設定されている。
【0006】
液晶パネル8からの出射光は投射レンズ9で拡大されて、スクリ−ン11に投射される。しかし、投射レンズ9のレンズ口径が液晶パネル8からの出射光束に対して十分に大きければ問題ないが、レンズ口径が大きくなるとレンズ価格が大幅にアップし、またレンズの収差も大きくなるので、投射レンズ9の周辺部(レンズエッジ部)を透過する光束については、レンズエッジにおいて所望の方向とは全く異なる方向へ屈折する(以下、蹴られると称す)場合がある。図7において、L1、L2は反射鏡3の回転軸中心から離れた周辺部(周縁部)で反射された周辺光で、投射レンズ9のレンズエッジで蹴られる様子を示している。
【0007】
一般に光の旋光性や複屈折性を有する液晶表示素子の出射光が入射角依存性を有することは広く知られており、上記のように液晶パネル8からの出射光の周辺光が投射レンズ9のレンズエッジで蹴られると、スクリ−ンの周辺で輝度むらが発生し、更にこの輝度むらは3板方式の液晶パネルを用いた場合には色むらとなって現れることも知られている。
【0008】
そこで、投射レンズで蹴られないように光束制御手段を備えた投射型表示装置が上記公報に開示されている。図8はその投射型表示装置の構成図である。
【0009】
図8において、12は光束制御手段であり、図7に対応する構成要素には同一符号を付して説明を省略する。光束制御手段12は、第1レンズアレイ4の焦点位置近傍で、第2レンズアレイ5と集光レンズ6との間に配置されている。
【0010】
図8において、周辺光であるL1、L2は光束制御手段12で遮蔽されるので、液晶パネル8からの出射光束は投射レンズ9のレンズエッジで蹴られることはない。これにより輝度むらや色むらを改善することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、前記光束制御手段12は第1レンズアレイ4の略焦点位置に配置された第2レンズアレイ5の近傍に設けられており、反射鏡3で反射されたランプ1からの平行光が光束制御手段12近傍で集光するので、光吸収により高温となり、耐熱温度の高い材料の使用や放熱の高効率化が必要であり、コストアップの要因となっていた。さらに、放熱するにも放熱のためのスペ−スを必要とするが、光束制御手段は近接して配置された第2レンズアレイと第1の集光レンズとの間に設けられているため、そのスペ−スを確保しにくい問題もある。
【0012】
また、下記の問題も有する。反射鏡3は、ランプ1からの光を主光軸に平行となるよう反射する形状を有しているが、一般に軸対称回転放物面形状の鏡が使用されている。軸対称回転放物面鏡の回転軸中心近傍は精密に軸対称回転放物面形状とできるが、回転軸中心から離れるに従い放物面形状からの製作ずれが大きくなる傾向がある。従って、反射鏡3の周辺部での反射光は、主光軸に平行な光とともに、主光軸に傾斜した光も含まれる。この傾斜した反射光(以下迷光と称す)は図9を用いて以下に述べるようにコントラストの低下を招く。
【0013】
図9は、迷光によるコントラストの低下を説明する図である。図9では、説明をわかり易くするため、コントラストの低下に関係する主光軸側に傾斜した迷光Laのみを示す。
【0014】
図9において、Laは反射鏡3の周辺部で生じる主光軸側に傾斜した迷光(太く長い点線で示す)である。41、42、43は第1レンズアレイ4のレンズセルで、51、52、53はレンズセル41、42、43にそれぞれ対応する第2レンズアレイ5のレンズセルである。図7に対応するその他の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
【0015】
迷光Laは第1レンズアレイ4の周辺部のレンズセルである43に入射する。迷光Laが主光軸に平行であれば、レンズセル43を通った光はレンズセル43に対応する第2レンズアレイ5のレンズセル53に入射するが、迷光Laは主光軸に傾斜しているため、レンズセル43を通った光は第2レンズアレイ5のレンズセル53に入射せず、例えば第2レンズアレイ5の主光軸側のレンズセル52に入射し、光束制御手段12で遮光されることなく、第1の集光レンズ6、第2の集光レンズ7を通って、液晶パネル8上に照射する。迷光Laは主光軸に平行でないので、液晶パネル8上の平行光の場合とは異なった位置に照射するため、迷光Laの照射した位置では、黒画面において局部的に明るくなり、コントラストの低下を招く。
【0016】
本発明の目的は、上記した課題である、投射レンズのレンズエッジでの蹴られで生じる輝度むらと色むらを低減する光束制御手段の耐熱温度を下げるとともに、迷光に起因するコントラストの低下を軽減する投射型表示装置を提供することにある。または、レンズアレイのレンズセルの一部に光束が入射した場合、レンズセルと液晶パネルの共役関係から液晶パネル上で光束が照射された部分とそうでない部分ができることによる輝度むらを低減する。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本願発明は、ランプからの光を反射鏡で反射させる光源から入射する光束を、複数行複数列に配列された矩形形状のレンズセルの集合体である第1レンズアレイと第2レンズアレイで構成された均一照明装置である所謂インテグレ−タで、前記レンズアレイのレンズセル数に対応する光束群に分割し、液晶表示素子上に重畳して均一照射し、前記液晶表示素子で映像信号により光変調して、投射レンズで拡大し、スクリ−ン上に投射する投射型表示装置であって、前記光源と前記インテグレ−タとの間に、前記光源から前記インテグレ−タに入射する光束を制御する光束制御手段を備え、前記光源から前記インテグレ−タへの入射光束のうち、前記光源の反射鏡の周辺部からの入射光束を、前記光束制御手段で遮光することにより前記スクリ−ン上の輝度むらを低減するように構成した。
【0018】
また、前記光束制御手段の開口形状は、前記光源から前記インテグレ−タへの入射光束が前記インテグレ−タを構成する複数の矩形形状のレンズセルのうちの所望の複数のレンズセルに入射する光束となるように、前記所望の複数の矩形形状のレンズセルに対応した矩形形状の集合形状となる構成とした。
【0019】
さらに、前記光束制御手段の開口形状は、可変自在であって、加えて、前記光束制御手段の開口形状が、前記矩形形状の1つのレンズセルに対応した矩形形状領域の絞り方向に平行な1辺の長さを基準単位として、前記基準単位の整数倍のステップで可変できる構成とした。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態である投射型表示装置について図を用いて説明する。
【0021】
図1は、本発明による投射型表示装置の1実施の形態を示す構成図である。
【0022】
図1において、13は本発明による光束制御手段で、ランプ1と反射鏡3とからなる光源と第1レンズアレイ4との間に、温度を少しでも低くする目的で第1レンズアレイ4の近傍に設けられており、図8の光束制御手段12と同様、図7で述べた投射レンズ9のレンズエッジで蹴られる光L1、L2を遮光するものである。図7に対応するその他の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
【0023】
反射鏡3の回転軸中心から離れた周辺部(周縁部)からの平行光線L1、L2は、図1より明らかなように、光束制御手段13で遮光されるので、投射レンズ9(図1では図示せず)のレンズエッジで蹴られることはなく、投射レンズ9のレンズエッジでの蹴られで生じる輝度むら、色むらをなくすことができる。この場合光束制御手段13は、第1レンズアレイ4のレンズセル43に入射するL1を含む全ての光束を遮光するように設けられている。もし、レンズセル43の1部に光束が入射すると、先に述べた第1レンズアレイ4のレンズセル4iと液晶パネル8の共役関係から、液晶パネル8上で光束が照射された部分とそうでない部分ができ、輝度むらが生じることとなる。このように、光束制御手段13は、第1レンズアレイ4のレンズセル単位で遮光できるように配置されている。
【0024】
また、光束制御手段13は、ランプ1と反射鏡3とからなる光源と第1レンズアレイ4との間に設けられているので、第1レンズアレイ4の焦点近傍に配置された図8の光束制御手段12と異なり、光束の集光がないので、図8での光束制御手段12と比べ、温度の上昇を低くすることができ、耐熱温度の低い部材を使用できる。
【0025】
さらに、光束制御手段13は、ランプ1と反射鏡3とからなる光源と第1レンズアレイ4との間に設けられているので、主光軸と垂直な方向に空間スペ−スを確保でき、放熱面積を大きくする等して、放熱が容易となる。
【0026】
反射鏡3の回転軸中心より離れた周辺部で生じる迷光Laによって引起こされるコントラストの低下についても、図1で明らかなように迷光Laが光束制御手段13で遮光されるので、これを軽減することができる。
【0027】
かつ、ランプ1から反射鏡3で反射せず直接放射される光(図示せず)のうち、迷光の場合と同じ理由でコントラストの低下を引起こす主光軸に傾斜した主光軸から遠ざかる方向の光(図示せず)の一部を、光束制御手段13で遮光できる利点もある。
【0028】
図2は、光束制御手段13の第1の実施の形態を示す図である。光束制御手段13は円形開口の絞りで、反射鏡3の回転軸中心から離れた周辺部(周縁部)からの平行光線L1、L2と迷光Laを遮光するように構成されている。42'は第1レンズアレイ4のレンズセルである。図7に対応するその他の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。尚、レンズセルは液晶パネルの表示領域に略相似であるので、液晶パネルの表示領域が例えば横縦比4:3の矩形であれば各レンズセルもまた横縦比が略4:3の矩形形状である。以下、各レンズセルは横縦比が略4:3の矩形形状とする。
【0029】
図3は、光束制御手段13の第2の実施の形態を示す図である。光束制御手段13は、カメラ等で広く使用されている円形開口の可変絞りを適用したものである。
【0030】
図2では、光束制御手段13は円形開口の絞りであるため、光束制御手段13の円形開口周辺部の光束が入射する第1レンズアレイ4のレンズセル例えば図2のレンズセル42'では、矩形形状の一部に光束が入射するので、このレンズセルで液晶パネル上に照射された像では輝度むらが生じることとなる。図3の光束制御手段13でも円形開口を使用した可変絞りであるので、同様に輝度むらが生じる。
【0031】
そこで、ランプ1と反射鏡3とからなる光源からインテグレ−タを構成する第1レンズアレイ4への入射光束が、第1レンズアレイ4を構成する複数の矩形形状のレンズセルのうちの所望の複数のレンズセルに入射する光束となるように、図4のように光束制御手段13の絞りを、前記所望の複数の矩形形状のレンズセルに対応した矩形形状の集合形状の開口(図4の太線で囲まれた領域)とすれば、光束制御手段13の矩形形状の集合形状の開口周辺部からの光束が入射する第1レンズアレイ4のレンズセル(例えば42')では、レンズセル全体に光束が入射するので、輝度むらを生じない。
【0032】
図5は、光束制御手段13の絞りを矩形形状の集合形状の開口の可変絞りとしたものである。可変絞りとすることにより、投射される映像信号の画質、明るさにあわせて、輝度むら、色むらを絞りで最適に調整することができる。しかし、絞りを連続可変とすると、前記した円形開口絞りの場合と同様に、輝度むらが生じる。そこで、第1レンズアレイ4への光束制御が、1つの矩形形状のレンズセルに対応する領域の絞り方向に平行な1辺の長さを基本単位として、基本単位の整数倍のステップで絞りの可変ができるように、図5の光束制御手段13は構成されている。但し、この場合、図5で示されるように第1レンズアレイ4と第2レンズアレイ5は、主光軸に対して垂直な面内で第1レンズアレイのレンズセルの矩形形状の短辺に平行で主光軸に交叉する軸Yに対して、対称となるようにレンズセル集合が設けられているものとしている。尚、Y軸に直交する軸をX軸とする。
【0033】
図5(a)は可変開口絞りである光束制御手段13の構成を示す図で、図5(a)において、13aは光束を遮光する第1のプレ−ト、13bは光束を遮光する第2のプレ−トで、第1のプレート13aと第2のプレート13bは、図5(a)に示すようにレンズアレイのレンズセルと同形状の辺を持つプレートである。全出図に対応するその他の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。光束制御手段13は第1のプレ−ト13aと第2のプレ−ト13bとから構成されており、X軸に平行であって矢印で示す方向に移動させて、レンズアレイのレンズセル形状にあわせた開口形状を自在に可変して、光源からの光束を遮光するものである。
【0034】
図5(b)、(c)、(d)は光束制御手段13の可変絞りの状態を示す図である。図5(b)は、絞りを開放した場合であり、第1レンズアレイ4の各レンズセルは光源からの光束を光束制御手段13にて遮光されていない。図5(c)は、図5(b)の開放絞り状態から矢印方向に、第1のプレ−ト13aと第2プレ−ト13bを、矩形形状のレンズセルの1長辺の長さに対応する1ステップ分移動させたものである。図5(d)は、図5(c)の状態から、さらに第1のプレ−ト13aと第2プレ−ト13bをレンズセルの1長辺の長さに対応する1ステップ分移動させたものである。図5(d)は、光束制御手段13での光束制御(遮光効果)が最大の状態を示している。本例では説明を平易とするため、レンズアレイの行数と列数を6行と8列とし、可変のステップを3段階として説明したが、実際はレンズアレイの行数と列数はもっと大きいので、本例のように可変のステップが3段階に限定されることはないのは明らかである。また、可変のステップもレンズセルの1長辺の長さに対応する長さに限定されるものではなく、このレンズセルの1長辺の長さに対応する長さを基本単位として、この基本単位の整数倍で例えば基本単位x2のステップでの可変絞りとしてもよく、さらに、基本単位、基本単位x2、基本単位x4等のステップを任意に組合わせての可変絞りとすることもよい。これは、第1のプレ−ト13aと第2プレ−ト13bの形状を少し変更することにより容易に実現でき、これ以上詳述はしない。
【0035】
図5では、第1のプレ−ト13aと第2プレ−ト13bで構成する可変絞りの方向をX軸方向としたが、Y軸方向での可変絞りとなるように第1のプレ−ト13aと第2プレ−ト13bを設けてもよいことは明らかである。
【0036】
以下、大画面表示装置として、背面投射型表示装置を複数台組合わせて、その複数台の画面(所謂マルチ画面)で1つの画面を表示させることができるマルチ画面システムに本発明を適用した実施の形態ついて説明する。
【0037】
図6は、複数のスクリーン面からなるマルチ画面システムの従来の実施例である。図6において20、21、22と23はそれぞれマルチ画面を構成するスクリ−ンである。
【0038】
図6は、前記マルチ画面システムを構成する各背面投射型液晶表示装置で白表示を行った場合を示し、光源の明るさのばらつき等により、同じ白表示において複数のスクリーン面間で白輝度が異なり、例えば図6のように複数のスクリーン面間で20、21、22、23の順に白輝度が小となり、各スクリーン面間の白輝度差が生じている。
【0039】
そこで、本発明による光束制御手段を、各背面投射型液晶表示装置の光源と第1レンズアレイとの間に設ける。
【0040】
この時、例えば光束制御手段として、図5で示す矩形形状の集合形状の開口可変絞りの光束制御手段を用い、各背面投射型液晶表示装置にそれぞれ設けた光束制御手段の矩形形状の集合形状の開口サイズを各スクリーンの白輝度レベルにより23、22、21、20の順に絞ることで複数のスクリーン面間の輝度差を低減することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光束制御手段を光源と第1レンズアレイとの間に設けることにより、光束制御手段の耐熱温度を下げるとともに、迷光に起因するコントラスト低下を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による投射型表示装置の1実施の形態を示す構成図である。
【図2】光束制御手段の1実施の形態を示す図である。
【図3】光束制御手段の他の実施の形態を示す図である。
【図4】矩形形状のレンズセルに対応した開口形状を有する光束制御手段の1実施の形態を示す図である。
【図5】矩形形状のレンズセルに対応した開口形状を可変とする光束制御手段の1実施の形態を示す図である。
【図6】マルチ画面システムの従来のスクリ−ンの実施例で、白画面を表示した例を示す図である。
【図7】表示素子からの出射光が投射レンズで蹴られる従来技術を示す図である。
【図8】光束制御手段を備えた投射型表示装置の構成図である。
【図9】迷光による輝度むらの発生を説明するための図である。
【符号の説明】
1…ランプ、2…発光体、3…反射鏡、4…第1レンズアレイ、4i…第1レンズアレイの任意のレンズセル、5…第2レンズアレイ、5i…4iに対応する第2レンズアレイの任意のレンズセル、6…第1の集光レンズ、7…第2の集光レンズ、8…液晶パネル、9…投射レンズ、10…投射レンズ9の開口絞り、11…スクリーン、12…光束制御手段、13…光束制御手段、20…マルチ画面を構成するスクリ−ン、21…マルチ画面を構成するスクリ−ン、22…マルチ画面を構成するスクリ−ン、23…マルチ画面を構成するスクリ−ン、41,42,43…第1レンズアレイのレンズセル、53…第2レンズアレイのレンズセル、L1,L2…周辺光、La…迷光
Claims (2)
- 光を出射するランプと、前記ランプからの光を反射させる反射鏡を有する光源と、
前記光源からの光が入射される複数の矩形形状のレンズセルの集合体である第1レンズアレイと第2レンズアレイとで形成されたインテグレータと、
前記インテグレータからの光が重畳されて均一照射される液晶表示素子と、
前記液晶表示素子からの映像光をスクリーン上に拡大投射する投射レンズと、
前記光源と前記第2レンズアレイとの間に配置され、前記矩形形状のレンズセル単位で前記光源からの光を遮光する光束制御手段であって、開口形状を可変とする光束制御手段とを有することを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項1に記載の投射型表示装置を複数個有することを特徴とするマルチ画面表示装置。
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