JP4013686B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライトバルブ上に形成された画像をスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置である液晶プロジェクタは、プレゼンテーションツールの一つとしてデータプロジェクタ用途が主流となっているが、近年ホームシアタ用途が高まりつつある。
【０００３】
図８は従来の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の光学系の構成図である。図において、１は光源、２はランプ、３は反射鏡、１０１は光源１から出射される照明光、４は第１のマルチレンズアレイ、５は第２のマルチレンズアレイ、７はコンデンサレンズ、１０Ｒ，１０Ｇ，１０ＢはＲ，Ｇ，Ｂの三原色に対応したそれぞれの液晶ライトバルブ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは反射ミラー、８ａ，８ｂは特定波長を反射する第１、第２のダイクロイックミラー、１９ａ，１９ｂは第１，第２のリレーレンズ、９Ｒ，９Ｇ，９ＢはＲ，Ｇ，Ｂ各色に対応したコリメータレンズ、１１はダイクロイックプリズム、１２は投写レンズ、１３はスクリーン、５０はプロジェクタ本体、１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１ＢはＲ，Ｇ，Ｂ各色の波長帯域をもつ照明光である。
【０００４】
次に動作について説明する。光源１はランプ２と反射鏡３で構成されている。反射鏡３の反射面は典型的には放物面であり、公知のように放物面の焦点位置にランプ２の発光中心を配置することにより略平行光束の照明光１０１が得られるため、光源１は略平行光束である照明光１０１を出射する。
【０００５】
光源１から出射された照明光１０１は第１のマルチレンズアレイ４に入射し、複数の光束に分割される。分割された各光束は対応する第２のマルチレンズアレイ５に入射し、コンデンサレンズ７により集光光束として出射される。コンデンサレンズ７を出射した集光光束は反射ミラー１８ａによって光路を折り曲げられて第１のダイクロイックミラー８ａに入射する。第１のダイクロイックミラー８ａは赤の波長領域を透過させて緑・青の波長領域を反射する特性を有しており、赤の波長領域を有する照明光１０１Ｒは反射ミラー１８ｂの方向に、緑と青の波長領域を有する照明光１０１Ｇ、１０１Ｂは第２のダイクロイックミラー８ｂの方向にそれぞれ出射される。
【０００６】
続いて、照明光１０１Ｒは反射ミラー１８ｂ及びコリメータレンズ９Ｒを介して液晶パネル１０Ｒを照射する。一方、第２のダイクロイックミラー８ｂは青の波長領域を透過させ緑の波長領域を反射する特性を有しているので、緑の波長領域を有する照明光１０１Ｇは第２のダイクロイックミラー８ｂによって光路を折り曲げられてコリメータレンズ９Ｇを介して液晶パネル１０Ｇを照射する。また、青の波長領域を有する照明光１０１Ｂは第２のダイクロイックミラー８ｂを透過したのち、第１のリレーレンズ１９ａ及び反射ミラー１８ｃ、第２のリレーレンズ１９ｂ、反射ミラー１８ｄ、コリメータレンズ９Ｂを介して液晶パネル１０Ｂを照射する。
【０００７】
一方、プロジェクタ本体５０に入力された映像信号（図示せず）によって各液晶パネル１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは電気的に変調されて各色の表示画像が各色の液晶パネル１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに形成される。このようにして各色の表示画像が形成された液晶パネル１０Ｒ，１０Ｇ，１０ＢをＲ，Ｇ，Ｂ各色の照明光１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂが照射することにより、各色の照明光１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂは光学的に画像変調されて液晶パネル１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを通過し、光学的に変調された各色の照明光の光束１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂはダイクロイックプリズム１１により合成されてカラー画像光となり、投写レンズ１２を介してスクリーン１３上に投写画像として拡大結像されて鑑賞に供される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
データプロジェクタでは高輝度化が優先される傾向である。そのために、図８において、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各単色光の色相を決定する第１のダイクロイックミラー８ａ及び第２のダイクロイックミラー８ｂでの光損失を最低限にするように設計されている。しかしこのように設計すると液晶パネル１０Ｒ、１０Ｇに照射される赤色、緑色の照明光１０１Ｒ、１０１Ｇに黄色成分の波長を有する光がそれぞれの照明光に混じるため、橙色系の赤色光、黄緑色系の緑色光になってしまい、色純度の低下という第一の問題点が発生する。色純度が低下するとスクリーン１３上で再現できる色範囲が狭くなってしまい、表示画像の画質を低下させる要因となる。実際は、データプロジェクタとして実使用上問題ないレベルとなるように、第１のダイクロイックミラー８ａ及び第２のダイクロイックミラー８ｂを最適化したり、図示していないダイクロイックフィルタを光路上に追加させて色相補正を行っている。なお、上記図示していないダイクロイックフィルタは、コリメータレンズ９Ｒ、９Ｇに多層膜コーティングを施すことによりその機能をもたらせるか、赤色光路の場合は第１のダイクロイックミラー８ａと液晶パネル１０Ｒの間に、緑色光路の場合は第２のダイクロイックミラーと液晶パネル１０Ｇの間に０度入射フィルタを配置することが通例となっている。
【０００９】
ところが、上記最適化及び補正フィルタではホームシアタ用として得られる色純度はまだ不十分なものであることが多く、ホームシアタ用途のプロジェクタとして用いるためには、ホームシアタ用途専用のダイクロイックミラー及びダイクロイックフィルタを使用することが不可欠となってしまい、データプロジェクタ用の光学系を改造して新たな光学系を作ることが必要となってしまう。よって、データプロジェクタ用の光学系をホームシアタ用プロジェクタの光学系に転用することができず、ホームシアタ用投写型表示装置を製造する上でコストアップになるという問題点となる。
【００１０】
また、ホームシアタ用途では以下に述べる第二の問題点がある。図１０は液晶パネルのコントラスト特性を示す図であり、波長依存性がある。図に示すように短波長側ほどコントラストが低下して、黒表示時は画像が青みがかりやすくなる。さらに、図１１は比視感度特性の明順応と暗順応を示す図であり、視聴環境が暗くなるホームシアタでは視聴者の比視感度特性が明順応から暗順応の特性に移動するため、青色が相対的に強く見えてしまい、表示画像の色温度が上昇した画像を目にすることとなる。
【００１１】
さらに、ホームシアタ用途では第三の問題点として、視聴環境が暗いために、黒表示時のスクリーン１３上の照度が目立ってしまい、視感上コントラスト感にかける画像となってしまう。
【００１２】
これらの問題を解決するために、図９に示すように投写レンズ１２の光出射面前面近傍に、光学フィルタ１５を０度入射の平板フィルタとして配置して対処する方法がある。図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、ここで用いる光学フィルタ１５の光学特性を示す一例である。図１２（ａ）は上記第一の問題点を解決するための一手段であって、任意の特定波長の透過率を低下させた透過波長選択フィルタの分光特性を示したものである。この透過波長選択フィルタは、黄色の中心波長（５８０ｎｍ）付近の光成分の透過率を低下させることができるものであり、赤と緑の色純度を改善することができるため、再現できる色範囲が広がるので、色純度の改善に用いられるものである。
【００１３】
また、図１２（ｂ）は上記第二の問題点を解決するための一手段であり、青色の波長帯域（４３０〜５００ｎｍ）の光成分の透過率を相対的に低下させた色温度補正フィルタの分光特性を示したものである。このフィルタは青色成分の透過率が緑・赤色成分の透過率よりも低いので、液晶パネルのコントラスト特性による黒表示時に画像が青みがかることと、視聴者の比視感度特性が暗順応となることにより青色が相対的に強く見えて表示画像の色温度が上昇するのを防ぐものであり、表示画像の色温度を低下させるのに用いられるものである。
【００１４】
さらに、図１２（ｃ）は上記第三の問題点を解決するための一手段であり、可視光波長帯域の透過率を全体的に低下させるＮＤ（Neutral Density）フィルタの分光特性を示したものである。このフィルタは可視光波長帯域全体の透過率を均一に下げるものであり、黒表示時のスクリーン１３上の照度を低下させて視聴環境照度に近づけるため、視感上コントラスト感を改善するのに用いられるものである。
【００１５】
すなわち、図１２に示したこれらの各種光学フィルタ１５はホームシアタ用投写型表示装置に対して画質の向上のために一般的に用いられるものである。
【００１６】
しかしながら図９に示す従来の光学フィルタの配置構成では、たとえ上記で説明した各光学フィルタ１５の表面に無反射コーティングを施して使用しても、光学フィルタ１５において界面反射によるゴースト光が少なからず発生してしまう。図１３は光学フィルタ１５の表面において界面反射によって発生するゴースト光を説明する図である。光学フィルタ１５の表面では界面反射によって投写レンズ１２へと向かう少なからずの戻り光が発生し、これが投写レンズ１２の表面で再反射した後、再び光学フィルタ１５を透過することになり、これがゴースト光２０５となる。投写レンズ１２の光軸１００付近の光成分２０４は、光学フィルタ１５のゴースト光発生箇所の近傍に再入射するために、スクリーン１３上にゴースト光２０５としてそのまま投写されてしまい、投写画像の一部に二重像となって現れてしまう。このことは表示画像の解像度を低下させる原因となり、画質を低下させるという新たな問題を発生させてしまう。
【００１７】
以上のように、投写レンズ１２の出射面前面近傍に光学フィルタ１５を配置することで色純度の改善や色温度の改善、または視感上コントラスト感の改善を行い、ホームシアタ用途のプロジェクタとデータ用途のプロジェクタの共用化を図ることが可能となるが、光学フィルタ１５の配置による弊害としてゴースト光を発生してしまい、このゴースト光が表示画像の解像度に影響を及ぼしてしまうという問題点がある。
【００１８】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、データ用途のプロジェクタの光学系を改造せずにホームシアタ用途のプロジェクタに弊害なく転用することができる投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の投写型表示装置は、表示画像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブに形成された画像を拡大投影する投写レンズと、前記ライトバルブを照射する光を発する光源とを有する投写型表示装置において、前記投写レンズの光出射側に前記投写レンズに対して傾斜するように配置され、前記傾斜の方向が前記投写レンズの光軸に対して回転する機構を有する光学フィルタを備え、前記光学フィルタは前記傾斜の方向を任意に設定できるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１の構成を図１に示す。同図において、１は光源、２はランプ、３は反射鏡、１０１は光源１から出射される照明光、４は第１のマルチレンズアレイ、５は第２のマルチレンズアレイ、７はコンデンサレンズ、１０Ｒ，１０Ｇ，１０ＢはＲ，Ｇ，Ｂの三原色に対応したそれぞれの液晶ライトバルブ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは反射ミラー、８ａ，８ｂは特定波長を反射する第１、第２のダイクロイックミラー、１９ａ，１９ｂは第１，第２のリレーレンズ、９Ｒ，９Ｇ，９ＢはＲ，Ｇ，Ｂ各色に対応したコリメータレンズ、１１はダイクロイックプリズム、１２は投写レンズ、１５は図１２に光学特性を説明した従来から使用されている特定の波長の透過率を低下させた光学フィルタ、１６は投写レンズ１２の光軸と光学フィルタ１５の法線が非平行となるように投写レンズ１２と光学フィルタ１５を結合するアダプタ、１３はスクリーン、５０はプロジェクタ本体、１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１ＢはＲ，Ｇ，Ｂ各色の波長帯域をもつ照明光である。
【００２１】
次に、動作について説明する。光源１はランプ２と反射鏡３で構成されている。反射鏡３の反射面は典型的には放物面であり、公知のように放物面の焦点位置にランプ２の発光中心を配置することにより略平行光束である照明光１０１を出射する。なお、ランプ２としては、近年は長寿命及び短アーク長という利点により高圧水銀ランプが主流になりつつある。
【００２２】
光源１から出射された略平行光束の照明光１０１は第１のマルチレンズアレイ４に入射し、複数の光束に分割される。分割された各光束は対応する第２のマルチレンズアレイ５に入射し、コンデンサレンズ７により集光光束として出射される。コンデンサレンズ７を出射した光束は反射ミラー１８ａによって光路を折り曲げられて第１のダイクロイックミラー８ａに入射する。第１のダイクロイックミラー８ａは赤の波長領域を透過させて緑・青の波長領域を反射する特性を有しており、赤の波長領域を有する照明光１０１Ｒは反射ミラー１８ｂの方向に、緑と青の波長領域を有する照明光１０１Ｇ、１０１Ｂは第２のダイクロイックミラー８ｂの方向にそれぞれ出射される。
【００２３】
続いて、照明光１０１Ｒは反射ミラー１８ｂ及びコリメータレンズ９Ｒを介して液晶パネル１０Ｒを照射する。一方、第２のダイクロイックミラー８ｂは青の波長領域を透過させ緑の波長領域を反射する特性を有しているので、緑の波長領域を有する照明光１０１Ｇは第２のダイクロイックミラー８ｂによって光路を折り曲げられてコリメータレンズ９Ｇを介して液晶パネル１０Ｇを照射する。また、青の波長領域を有する照明光１０１Ｂは第２のダイクロイックミラー８ｂを透過したのち、第１のリレーレンズ１９ａ及び反射ミラー１８ｃ、第２のリレーレンズ１９ｂ、反射ミラー１８ｄ、コリメータレンズ９Ｂを介して液晶パネル１０Ｂを照射する。
【００２４】
一方、プロジェクタ本体５０に入力された映像信号（図示せず）により各液晶パネル１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは電気的に変調されて各色の表示画像が各色の液晶パネル１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに形成される。このようにして各色の画像が形成された液晶パネル１０Ｒ，１０Ｇ，１０ＢをＲ，Ｇ，Ｂ各色の照明光１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂが照射することにより、各色の照明光１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂは光学的に画像変調されて液晶パネル１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを通過し、光学的に変調された各色の照明光の光束１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂはダイクロイックプリズム１１により合成されてカラー画像光となり、投写レンズ１２を介したのち光学フィルタ１５を透過することにより、色純度、色温度、コントラストのいずれかの補正が行われてスクリーン１３上に投写画像として拡大結像されて鑑賞に供される。
【００２５】
また、図２は図１における投写レンズ１２以降の投写光学系を横側から見た図である。同図において、１００は投写レンズの光軸、１０２は投写レンズを透過した光束、１０３は光学フィルタ１５を透過した光束、１１０は光学フィルタ１５の表面において界面反射によって発生したゴースト光、１１２は所定の曲率を有する非球面凸レンズ、または球面凸レンズである投写レンズ１２の最終レンズ、１２０はゴースト光１１０が最終レンズ１１２で反射してスクリーン１３に向かう第二のゴースト光である。なお、上記最終レンズ１１２は画像を拡大投写する役割を有するため、出射側がフラット、すなわち曲率ｒ＝∞であることは光学上ありえない。
【００２６】
投写レンズ１２を透過した光束１０２は、光学フィルタ１５を透過してスクリーン１３上に向かう投写光束１０３と、光学フィルタ１５の表面で界面反射して投写レンズ１２に戻り光として向かうゴースト光１１０とに分解される。なお、ゴースト光１１０は光学フィルタ１５の光入射面で発生するものと光出射面で発生するものが存在するが、本発明の実施の形態では、光入射面で発生するもののみで説明を行う。
【００２７】
光学フィルタ１５の光入射面で反射されたゴースト光１１０は投写レンズ１２の最終レンズ１１２に向かうが、光学フィルタ１５の法線が投写レンズ１２の光軸１００に対して非平行、つまり光学フィルタ１５が投写レンズ１２に対して傾斜して配置されているために、戻り光として投写レンズ１２に向かうゴースト光１１０は光学フィルタ１５の表面において正反射とならない。つまり投写レンズ１２の光出射位置に戻ることがないために、最終レンズ１１２に戻ってくるゴースト光１１０は最終レンズ１１２の表面でも光軸１００から離れた位置に入射する。光軸１００から離れた位置は投写レンズ１２の最終レンズ１１２の曲率により、入射するゴースト光１１０にさらに角度をつけて第二のゴースト光１２０として反射するために、スクリーン１３上では第二のゴースト光１２０は投写画像領域外に達することになるために、スクリーン１３上に第二のゴースト光１２０が入射することはなく、スクリーン１３上の表示画面に二重像は発生しなくなり、表示画像の解像度低下を防止することができる。
【００２８】
以上のように、光学フィルタ１５を投写レンズ１２の前面に投写レンズ１２の光軸１００に対して傾けて配置することにより、光学フィルタ１５を設けるだけで光学特性の改善が行えるため、ホームシアタ用途の投写型表示装置として専用の光学系を使用することがなくなり、コストアップを抑えることができる。また、投写レンズ１２−光学フィルタ１５間でゴースト光１１０が発生しても、そのゴースト光１１０が最終レンズ１１２で反射して発生する第二のゴースト光１２０がスクリーン１３上に入射しないので、スクリーン１３上の表示画面に二重像が発生せず、スクリーン１３上の表示画像の解像度低下を防ぐことができる。
【００２９】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２における投写レンズ１２の光軸１００に対して光学フィルタ１５を傾けて固定するためのアダプタ１６を側面から見た図である。図３において、１１６はアダプタ１６と投写レンズ１２との接合部、１１７はアダプタ１６と光学フィルタ１５との接合部である。図３に示すようなアダプタ１６を用いて、図１に示すように投写レンズ１２と光学フィルタ１５を接合して配置させることにより、簡単な構成で、すなわち低コストで光学フィルタ１５を傾斜させることができる。
【００３０】
実施の形態３．
一般にホームシアタ用投写型表示装置はプロジェクタ本体５０を床に設置した固定した台の上に置くか、天井に吊るして使用することが殆どであり、一度設置したプロジェクタ本体５０は動かすことはめったにないので、プロジェクタ本体５０とスクリーン１３との位置関係が一定のものとなる。この様子を図４に示す。ここでスクリーン１３は一般に壁（図示せず）に設置されることが殆どである。よって、標準的な使用状況下では、投写レンズ１２の光軸１００はスクリーン１３上に投写された画像の中心と一致せず、光軸１００に対してスクリーン１３上の表示画像は上下左右、または斜めのいずれかの方向に平行移動した状態となる。このことを投写画像のシフトという。図４では、スクリーン１３上の投写画像を投写レンズ１２の光軸１００に対して上向きにシフトさせた場合であり、投写レンズ１２の光軸１００に対してスクリーン１３上側と下側の最大投写角α１とα２は図４に示すように異なったものになる。なお、以下の説明では表示画像を図４に示すように上向きにシフトさせた場合で説明する。
【００３１】
次に光学フィルタの傾斜方向について説明する。図５は投写レンズ１２以降の投写光学系を横側から見た図であり、図６は投写レンズ１２の最終レンズ以降の投写光学系を横側から示した図で、光学フィルタの傾斜角と投写光の角度に関する説明図である。図において、１１２は投写レンズ１２の最終レンズであり、光軸１００からの位置に応じた関数ｒという曲率を有した凸レンズ、１２０は光学フィルタ１５で発生したゴースト光１１０が最終レンズ１１２で反射した第二のゴースト光である。なお、最終レンズ１１２の曲率ｒが定数であれば球面レンズ、ｒが一定値でなければ非球面レンズとなる。また、画像を拡大投写する投写型表示装置においては、最終レンズ１１２の曲率ｒ＝∞では拡大投写ができなくなるので、最終レンズ１１２の出射面の曲率ｒ＝∞、すなわち、最終レンズ１１２の出射側が平板となることはありえない。
【００３２】
上向きシフト投写の場合、図５に示すように、投写レンズ１２を出射する光束１０２は、投写レンズ１２の最終レンズの光出射面１１２において画像シフト方向である上側の方が画像シフト方向の反対側である下側より領域が多くなるため、投写レンズ１２の最大光出射角α１は上側に存在する。また、投写レンズ１２の下向き最大光出射角をα２とすると、｜α１｜＞｜α２｜かつ、α１＞０、α２＜０となる。
【００３３】
出射角αで投写レンズ１２から出射された光１０２の光学フィルタ１５における光入射面で反射されたゴースト光１１０は投写レンズ１２に向かうが、光学フィルタ１５は上下方向にθ傾斜して配置されているために、ゴースト光１１０は投写レンズの光出射面１１２に対して下記角度βで戻ることになる。
【００３４】
この時、投写レンズ１２からの光出射角をα、光学フィルタ１５の傾斜角をθとすると、α１≧α≧α２（但し、｜α１｜＞｜α２｜かつ、α１＞０、α２＜０）において、
β＝α＋２θ 式１
となる。但し、投写レンズ１２の光出射角αは上方向を正、光学フィルタ１５の傾斜角θは光学フィルタ１５の上側がスクリーン１３側に突出する方向を正とし、戻り光βは上方向（＝表示画像のシフト方向）を正とする。
【００３５】
いま、光学フィルタ１５の傾斜角θが正であれば、投写レンズ１２の上側光出射角αは正であるので、上側の光出射成分の戻り光の角度βは常にβ＞０となり、この時のゴースト光１１０は必ず投写レンズ１２の光軸１００よりも最終レンズ１１２の上側に入射する。ここで、最終レンズ１１２は曲率ｒを有する凸レンズである。そのため、最終レンズ１１２上の上記ゴースト光１１０が入射する位置では、曲率ｒによってその位置のレンズ法線がγだけ傾くことになり、ゴースト光１１０の入射角βはγだけ大きくなるため、その反射光である第二のゴースト光１２０は入射角βよりも大きな出射角を持つことになる。
【００３６】
次に、α＝０の場合を説明する。この条件時のゴースト光１１０は、式１から、β＝２θとなる。いま、θ＞０だからβ＞０となる。すなわち、この時のゴースト光１１０は必ず投写レンズ１２の光軸１００よりも最終レンズ１１２の上側に入射する。ここで、最終レンズ１１２は曲率ｒを有する凸レンズである。そのため、最終レンズ１１２上の上記ゴースト光１１０が入射する位置では、曲率ｒによってその位置のレンズ法線がγだけ傾くことになり、ゴースト光１１０の入射角βはγだけ大きくなるため、その反射光である第二のゴースト光１２０は入射角βよりも大きな出射角を持つことになる。
【００３７】
続いて、ゴースト光１１０が投写レンズ１２の光軸１００上に戻ってくる条件について説明する。ゴースト光１１０が投写レンズ１２の光軸１００上に戻ってくるということは投写角αとゴースト光１１０の入射角βの大きさが同じで向きが逆であるということである。すなわち、α＝−βであるので、式１からα＝−θの時がこの条件を満たす投写角となる。この時の第二のゴースト光１２０は、角度α（＝θ）で最終レンズ１１２から出射されることになる。
【００３８】
なお、０＞α＞−θの範囲であれば、ゴースト光１１０は必ず投写レンズ１２の光軸１００よりも最終レンズ１１２の上側に入射するので、上記で述べたように、その反射光である第二のゴースト光１２０は入射角βよりも大きな出射角を持つことになる。
【００３９】
続いて、α＜−θの場合について説明する。この場合のゴースト光１１０は、式１からβ＝α＋２θとなる。しかしここでθは画面のシフト方向を正としているため、α＜−θという投写は画面のシフト方向とは反対向きであるので極性を逆にする必要がある。そのため、ゴースト光１１０はβ＝α−２θとなり、α＜０、θ＞０であるため、常にβ＜０となる。つまり、ゴースト光１１０は必ず投写レンズ１２の光軸１００よりも最終レンズ１１２の下側に入射することになる。ここで、最終レンズ１１２は曲率ｒを有する凸レンズである。そのため、最終レンズ１１２上の上記ゴースト光１１０が入射する位置では、曲率ｒによってその位置のレンズ法線がγだけ傾くことになり、ゴースト光１１０の入射角βはγだけ大きくなるため、その反射光である第二のゴースト光１２０は入射角βよりも大きな出射角を持つことになる。
【００４０】
ここで、式１から、ゴースト光１１０が光軸１００と平行になる条件（β＝０）を考える。式１にβ＝０を代入すると、α＝−２θとなり、θ＞０であるのでα＜０となり、下側に角度２θで出射した光のゴースト光１１０が光軸１００と平行になり最終レンズ１１２に戻ってくることがわかる。しかし、投写レンズ１２から下側に向かって投写しているので、この時のゴースト光１１０は最終レンズ１１２の光軸１００から離れた位置に光軸１００と平行に入射する。最終レンズ１１２のこの位置では、レンズ曲率ｒによってその位置のレンズ法線がγだけ傾くことになり、ゴースト光１１０の入射角βよりも大きな角度、すなわち、さらに下側に向けて反射されて出射される。
【００４１】
続いて、α＜−２θの場合について説明する。この場合のゴースト光１１０は、式１からβ＝α＋２θとなる。しかしここでθは画面のシフト方向を正としているため、α＜−θという投写は画面のシフト方向とは反対向きであるので極性を逆にする必要がある。そのため、ゴースト光１１０はβ＝α−２θとなり、α＜０、θ＞０であるため、常にβ＜０となる。つまり、ゴースト光１１０は必ず投写レンズ１２の光軸１００よりも最終レンズ１１２の下側に入射することになる。ここで、最終レンズ１１２は曲率ｒを有する凸レンズである。そのため、最終レンズ１１２上の上記ゴースト光１１０が入射する位置では、曲率ｒによってその位置のレンズ法線がγだけ傾くことになり、ゴースト光１１０の入射角βはγだけ大きくなるため、その反射光である第二のゴースト光１２０は入射角βよりも大きな出射角を持つことになる。
【００４２】
以上から、第二のゴースト光１２０がスクリーン１３上の表示画面内に入射しないための条件は、上記で述べた各出射角αに対して第二のゴースト光１２０の出射角が最大投写角α１、またはα２のいずれかよりも大きくなればいい。ここで、｜α１｜＞｜α２｜であるため、最大投写角はα１ということになる。一方、第二のゴースト光１２０の最小出射角度は投写角αが−θの時であるβ＝−αであるので、第二のゴースト光１２０が常にスクリーン１３上の表示画面に入射しなくなる条件は、第二のゴースト光の最小出射角βが、常に上下の最大投写角の大きい方よりも大きくなること、すなわちβ＞α１となることである。
【００４３】
β＞α１の時、スクリーン１３上の表示画面に第二のゴースト光１２０が入射しなくなる結果、スクリーン１３上には二重像がなくなるため、投写画像の解像度低下に影響することはない。よって、光学フィルタ１５の傾斜角θは光出射角αが最大値となる上側（＝投写画像のシフト方向）の光出射成分について考慮すればよいことになる。
【００４４】
いま、光軸１００の上側における最大光出射角をα１とすると、この時のゴースト光の戻り角βがα１よりも大きくなれば投写レンズ１２の光出射位置に戻ることがなくなるため、式１より
θ＞α１／２ 式２
であればよいことになる。この時、最終レンズ１１２の光出射面の曲率に依存せずに全ての第二のゴースト光１２０がスクリーン１３上に入射しなくなる。その結果、スクリーン１３上では二重像が発生しなくなり、投写画像の解像度低下を防ぐことができる。
【００４５】
なお、上記の説明では上方向（＝縦方向）への画像シフトの場合について説明したが、横方向、または斜め方向への画像シフトについても上記で説明した場合と同様であり、上記で述べた上方向への画像シフトの時と同様の条件が導き出されるとともに、同様の効果を得ることができる。
【００４６】
実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４における投写レンズ１２の光軸１００に対して回転機構を有する光学フィルタ１５と投写レンズ１２の結合アダプタ１６を有する投写レンズ１２以降の光学系を示す図である。図において、１１６は投写レンズ１２と光学フィルタ１５を接合するアダプタ１６の投写レンズ１２側の接合部である。図７に示すように、このアダプタ１６の接合部１１６をネジ構成とし、アダプタ１６が投写レンズ１２の光軸１００に対して回転する機構を装備することにより、光学フィルタ１５のスクリーン１３側に突出する位置を任意に選択することができる。よって、投写画面のシフト方向に光学フィルタ１５のスクリーン１３側に突出する位置を合わせれば、スクリーン１３上の表示画面にゴースト光１１０を入射することがなくなるので、投写画面のシフト方向が上下／左右／斜めのいずれの方向であっても画像シフト方向に光学フィルタ１５を傾斜配置させることでゴースト光１１０をスクリーン１３上の表示画面から追放することができ、二重像の発生を抑えて表示画像の解像度低下を防ぐことができる。
【００４７】
なお、上記本実施の形態では投写レンズ１２とアダプタ１６の接合部１１６を用いてアダプタ１６を回転させたが、アダプタ１６を光軸１００方向に二分割させて、図示していないアダプタ１６ａとアダプタ１６ｂという二部品構成として、投写レンズ１２と二分割アダプタ１６ａを接合部１１６で固定し、光学フィルタ１５を備えた二分割アダプタ１６ｂと二分割アダプタ１６ａの接合部をネジ構成とし、この接合部で光学フィルタ１５を光軸１００に対して回転させる構成としてもよい。
【００４８】
また、上記各実施の形態では、複数枚のライトバルブを用いた３板式光学系を有する投写型表示装置で説明したが、１枚のライトバルブを用いた単板式光学系を有する投写型表示装置であってもよく、上記で述べたものと同様の効果が得られる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成しているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００５０】
本発明の投写型表示装置では、投写レンズの光出射側に投写レンズに対して傾斜するように配置され、傾斜の方向が投写レンズの光軸に対して回転する機構を有する光学フィルタを備え、前記光学フィルタは前記傾斜の方向を任意に設定できるように構成することにより、光学フィルタ使用による光学特性の改善と、投写レンズの光軸に対して回転する機構により投写画像のシフト方向が上下／左右／斜めのいずれの方向であっても画像シフト方向の方向に光学フィルタを傾斜配置することができ、スクリーン上の表示画面からゴースト光を除去することができ、二重像の発生を抑えて表示画像の解像度低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１を説明する図である。
【図２】 本発明の実施の形態１における投写光学系を横側から見た図である。
【図３】 本発明の実施の形態２におけるアダプタの一例を示す図である。
【図４】 一般的な投写型表示装置の使用例を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態３における投写レンズ以降の光学系を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態３における光学フィルタの傾斜角と投写光の角度に関する説明図である。
【図７】 本発明の実施の形態４におけるアダプタの一例を示す図である。
【図８】 従来の投写型表示装置における光学系の構成図である。
【図９】 従来の投写型表示装置の光学系に光学フィルタを用いた場合の構成図である。
【図１０】 液晶パネルのコントラスト特性を示す図である。
【図１１】 比視感度特性の明順応と暗順応を示す図である。
【図１２】 光学フィルタの分光透過特性図である。
【図１３】 光学フィルタから界面反射により発生するゴースト光を説明する図である。
【符号の説明】
１ 光源、２ ランプ、３ 反射鏡、４ 第１のマルチレンズアレイ、５ 第２のマルチレンズアレイ、７ コンデンサレンズ、８ａ、８ｂ 第１及び第２のダイクロイックミラー、９ コリメータレンズ、１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ 液晶パネル、１２ 投写レンズ、１３ スクリーン、１５ 光学フィルタ、１６ アダプタ。

Claims (1)

1. 表示画像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブに形成された画像を拡大投影する投写レンズと、前記ライトバルブを照射する光を発する光源と、を有する投写型表示装置において、
   前記投写レンズの光出射側に前記投写レンズに対して傾斜するように配置され、前記傾斜の方向が前記投写レンズの光軸に対して回転する機構を有する光学フィルタを備え、
   前記光学フィルタは前記傾斜の方向を任意に設定できることを特徴とする投写型表示装置。

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