JPH03186831A

JPH03186831A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JPH03186831A
Application number: JP1327607A
Authority: JP
Inventors: Masatake Matsuo; 誠剛松尾; Junichiro Shinozaki; 篠崎　順一郎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1991-08-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［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、コンパクトなサイ
ズで大型画面を実現できる、液晶パネルをライトバルブ
として用いたリア型の投射型表示装置に関する。

［従来の技術］従来の、液晶パネルをライトバルブを用いた投射型表示
装置は第８図の光学構成をしたものなどがあった。そし
て、第８図のものは当社に於て商品化されている（エプ
ソン・ビデオプロジェクタ−Ｖ’ＰＪ−７０００）。こ
れらはフロント型の投射型表示装置であるが、これらを
投射光学ユニットとして用い、キャビネット内に収納す
ればリア型の投射型表示装置が構成できる（第７図）。

また、投射レンズが３枚構成のリア型の投射型表示装置
も試作品が発表されている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、従来の単純な拡大光学系でリア型の投射型表示
装置を構成すると、スクリーンに垂直な光軸で投射しな
ければキーストン歪み等による制限を受けるため、ミラ
ーによる折り畳み光学系を採用しても投射型表示装置の
厚みをむやみに薄くすることはできなかった（第６図・
第７）。１゜０インチ対角のスクリーンサイズにたいし
て奥行１００センチメートルは必要であった。また、そ
の場合でも光の利用効率が低く、明るい画面を実現する
ことができなかった。

そこで本発明の目的は、このような上述の課題を解決す
るもので、明るい画面を有する大型で薄型の投射型表示
装置を実現するこ〔である。

［課題を解決するための手段］本発明の投射型表示装置は、光を生成する光源、前記光源からの前記光を集め略平行
な光束に変換するためのコリメート手段、前記略平行な
光束に対して傾きをもって配置されており前記略平行な
光束を変調し複数の画素を含むライトバルブ、前記ライ
トバルブで変調された光を投射するための第１の投射光
学手段、前記第］の投射光学手段で投射された前記ライ
トバルブの実像が結像される位置近傍に配置された反射
手段、前記反射手段で反射された光を再び投射するため
の第２の投射光学手段、及びスクリーンがらなり、前記反射手段は前記ライトバルブに含まれる前記画素の
その位置での実像の大きさより小さいピッチで配列され
た複数の微小反射面列（アレイ）からなる反射手段であ
り、前記複数の微小反射面列に含まれる反射面は、前記第１
の投射光学手段と第２の投射光学手段を焦点とする複数
の回転楕円体群のそれぞれ一部分からなることを特徴と
する。

［作用］上記のように構成された投射型表示装置は、第１図、第
２図に示したように、スクリーンに対してななめの光軸
で投射できるので（即ち非軸光学系（ななめ投射方式）
を採用できるので）、投射型表示装置の薄型化が図れる
。簡単なシミュレーションによっても、６０°入射の場
合奥行が５０％削減でき、半分の薄型化が９能である。

さらに、上記のように構成された投射型表示装置は、薄
型化を図るためにななめ投射方式を採用し、第１の投射
光学手段の作用によって、反射手段上に液晶ライトバル
ブの実像を拡大して結像させ、さらに、第２の投射光学
手段の作用によって、スクリーン上にその実像を拡大し
て結像させたにもかかわらず、第４図に示したように第
１の投射光学手段から出射した光は、反射手段の作用に
よって、はとんど第２の投射光学手段にのみこまれる。

そのため、光のロスが抑えられるとともに、第２の投射
光学手段の口径は小さくてもよい。

以下、実施例にもとづき本発明の詳細な説明する。ただ
し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例］第１図は本発明の実施例１に於る投射型表示装置の光学
構成を示す図でる。

１１は光源。１２はリフレクタであって、１１の光源か
らの光を集め、略平行な光束に変換する機能を有する。

１３は液晶ライトバルブであって、前記略平行な光束を
変調する。また、１３の液晶ライトバルブは前記略平行
な光束に対して傾いて配置されている。１４は第１の投
射レンズであって、前記液晶ライトバルブで変調された
光をレンズ作用により屈折させ、前記液晶ライトバルブ
の実像をもとの前記液晶ライトバルブより拡大して与え
る機能を有する。１５は反射手段であって、】４の第１
の投射レンズで作られた前記液晶ライトバルブの実像が
結像する位置の近傍に配置されている。また、その構造
は第４図に示したようになっており、１４の第１の投射
レンズで投射された光を１６の第２の投射レンズの方へ
反射させる作用を有している。また、１５の反射手段は
複数の微小反射面列（アレイ）からなっている。この微
小反射面列は、１３のライトバルブの画素のその位置で
の実像の大きさより小さいピッチで多数配列されいる。

このため、この反射手段で分割されて反射された光情報
の１つ１つの領域での位相の反転を無視することができ
、全体として、正しい表示画面情報を第２の投射レンズ
に伝えることができる。１６は第２の投射レンズであっ
て、１５９反射手段で反射された光を１７のスクリーン
に投射するものである。

本発明のこの光学系は非軸光学系であるが、この作用を
簡単に説明する。

まず、光軸に対して傾いて配置された液晶ライトバルブ
で変調された光は第１の投射レンズで屈折され、前記液
晶ライトバルブの実像がやはり光軸に対して傾いて配置
された反射手段上に結像する。この時、液晶ライトバル
ブの実像はもと液晶ライトバルブの形状からだいぶ変形
している。次に、この反射手段で反射された光は第２の
投射レンズにより再び屈折され、結局反射手段上に結像
された液晶ライトバルブの実像は再び、スクリーン上に
結像する。この時、だいぶ変形していた液晶ライトパル
・ブの実像は第２の投射レンズの作用で補償され、もと
の液晶ライトバルブの形状に戻る。

実際、本発明の投射型表示装置は第２図のような非軸光
学系の光学構成を取ることができたため、スクリーンか
らの奥行を従来より大幅に減じることができた。

また、第３図は本発明のカラ一対応の投射型表示装置の
投射光学ユニットの光学構成を示す図である。

３１は光源。３２は３１の光源からの光を集め、略平行
な光束に変換する機能を有するリフレクタ。

３３は前記略平行な光束を赤・緑・青の３原色の色光に
分離するダイクロイックミラー。３４は反射ミラーであ
って、前記ダイクロイックミラーで分離された３原色の
　　　それぞれの色光を変調するための３枚の液晶ライ
トバルブに導く作用を有している。３５は液晶ライトバ
ルブであって、赤用・縁周・青用の３枚ある。この３枚
の液晶ライトバルブは前記色光の光軸に対して同じ様に
傾いて配置しである。３６はダイクロイックプリズムで
あって、前記３枚の液晶ライトバルブで変調された赤・
緑・青の３色の色光を合成し、１本の光束にする作用を
有している。３７は第１の投射レンズであって、前記色
合成された１本の光束を投射する作用を有している。

このように、それぞれ３枚の液晶ライトバルブが光軸に
対して傾いているところが、従来の投射型表示装置の投
射光学ユニットと異なっている。

前述のように、この３枚の液晶ライトバルブは前記色光
の光軸に対して同し様に傾いて配置しであるので、３７
の投射レンズに対して光学的にみて同一であり、単一の
液晶ライトバルブとして扱える。その結果、カラ一対応
の投射型表示装置であっても第１図の投射型表示装置と
同様に薄型化が図れた。

次に、本発明の投射型表示装置のスクリーンの構造と作
用を第４図を用いて説明する。

９− ４１は液晶ライトバルブであって、光軸に対して傾いて
配置されている。４２は第１の投射レンズであって、液
晶ライトバルブの実像を第１の投射レンズの逆の位置に
与える。４３は反射手段であって、液晶ライトバルブの
実像が結像する位置の近傍に配置されており、第１の投
射レンズからの出射光を第２の投射レンズに向けて反射
する機能を有している。この反射手段の表面には微細な
構造をもったＭ、数の微小反射面（アレイ）が形成され
ている。この微小反射面は第１の投射レンズと第２の投
射レンズを焦点とする複数の回転楕円体群（４３）のそ
れぞれ一部分からなっている。

そのため、第１の投射レンズからの出射光はほとんど第
２の投射レンズに呑み込まれ、光ロスが少なかった。ま
た、同じ理由で第２の投射レンズも口径の小さなものを
用いることができた。

第５図は第４図で説明した本発明の反射手段の外観図で
ある。

５１は反射手段であり、５２は前記反射手段上に形成さ
れた縞模様であり、その縞模様に沿って】〇− 第１の投射レンズと第２の投射レンズを焦点とする回転
楕円体の模様が刻まれている様子がわかる。

このように、反射手段と第１・第２の投射レンズを上記
のように構成したことにより、薄型化を図るためになな
め投射方式を採用し、第１の投射光学手段の作用によっ
て、反射手段上に液晶ライトバルブの実像を拡大して結
像させ、さらに、第２の投射光学手段の作用によって、
スクリーン上にその実像を拡大して結像させたにもかか
わらず、第４図に示したように第１の投射光学手段から
出射した光は、反射手段の作用によって、はとんど第２
の投射光学手段にのみこまれる。そのため、光のロスが
抑えられるとともに、第２の投射レンズも口径の小さな
ものを用いることができた。

ここで、第４図と第５図は反射手段の作用を説明するた
めに簡略化して描いた。実際の反射手段上の構造はもっ
と微細である。

また、本発明の投射型表示装置で用いるライトバルブと
して、解像度の高い液晶パネルを用いれば、壁掛けＨＤ
ＴＶなどの大型・薄型で明るい画１１− 面を持つ高精細なデイスプレィ端末にも対応できる。

（比較例）第６図は従来の投射型表示装置の光学構成を示す図であ
り、第７図は従来の投射型表示装置の断面図である。

６１は光源。６２は６１の光源からの光を集め、略平行
な光束に変換する機能を有するはりフレフタ。６３は前
記略平行な光束を変調する液晶ライトバルブ。６４は６
３の液晶ライトバルブで変調された光束を投射する投射
レンズ。６５は６４の投射レンズで投射された光が投影
されるスクリーンである。

この光学系は単純な拡大光学系なので、リア型の投射型
表示装置を構成すると、スクリーンにほぼ垂直な光軸で
投射しなければキーストン歪み等による制限を受けるた
め、ミラーによる折り畳み光学系を採用しても投射型表
示装置の厚みをむやみに薄くすることはできなかった（
第７図）。■００インチ対角のスクリーンサイズにたい
して奥２− 行１００センチメートルは必要であった。また、その場
合でも光の利用効率が低く、明るい画面を実現すること
ができなかった。

７１は従来の投射光学ユニット。７２は反射ミラー。７
３はスクリーン。７４は筒体である。

［発明の効果］本発明の投射型表示装置は、光を生成する光源、前記光源からの前記光を集め略平行
な光束に変換するためのコリメート手段、前記略平行な
光束に対して傾きをもって配置されており前記略平行な
光束を変調し複数の画素を含むライトバルブ、前記ライ
トバルブで変調された光を投射するための第１の投射光
学手段、前記第１の投射光学手段で投射された前記ライ
トバルブの実像が結像される位置近傍に配置された反射
手段、前記反射手段で反射された光を再び投射するため
の第２の投射光学手段、及びスクリーンからなり、前記反射手段は前記ライトバルブに含まれる前記画素の
その位置での実像の大きさより小さいピッ１３− チで配列された複数の微小反射面列（アレイ）からなる
反射手段であり、前記複数の微小反射面列に含まれる反射面は、前記第１
の投射光学手段と第２の投射光学手段を焦点とする複数
の回転楕円体群のそれぞれ一部分からなるために、スクリーンに対してななめの光軸で投射できるので（即
ち非軸光学系（ななめ投射方式）を採用できるので）、
投射型表示装置の薄型化が図れるという効果がある。

さらに、ななめ投射方式を採用したにもかかわらず、光
ロスが少なく、第２の投射レンズも小さいものでよいと
いう効果もある。

また、このため、ライトバルブとして用いる液晶パネル
の解像度を高めれば、壁掛けＨＤＴＶなどの大型・薄型
で明るい画面を持つ高精細なデイスプレィ端末を実現で
きるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の投射型表示装置の光学構成を１４− 示す図。第２図は本発明の投射型表示装置の断面図。第３図は本発明の投射型表示装置の投射光学ユニットの
一例を示す図。第４図は本発明の投射型表示装置の反射手段の構造と作
用を示す図。第５図は本発明の投射型表示装置の反射手段の外観図。第６図は従来の投射型投射型表示装置の光学構成を示す
図。第７図は従来の投射型表示装置の断面図。第８図は従来の投射型表示装置の投射光学ユニットの一
例を示す図。］・・・光源２・・・リフレクタ３・・・液晶ライトバルブ４・・・第１の投射レンズ５・・・反射手段６・・・第２の投射レンズ１５− １７・・・スクリーン２１・・・本発明の投射光学ユニッ２２・・・第１の投射レンズ２３・・・反射手段２４・・・第２の投射レンズ２５・・・スクリーン２６・・・筒体３１・・・光源３２・・・リフレクタ３３・・・ダイクロイックミラー３４・・・反射ミラー３５・・・液晶ライトバルブ３６・・・ダイクロイックプリズム３７・・・第１の投射レンズ４１・・・液晶ライトバルブ４２・・・第１の投射レンズ４３・・・反射手段４４・・・第２の投射レンズ４５・・・回転楕円体群５１・・・反射手段ドロー５２・・・反射手段上の縞模様６１・・・光源６２・・・リフレクタ６３・・・液晶ライトバルブ６４・・・投射レンズ６５・・・スクリーン７１・・・従来の投射光学ユニット７２・・・反射ミラー７３・・・スクリーン７４・・・筒体８１・・・光源８２・・・リフレクタ８３・・・ダイクロイックミラー８４・・・反射ミラー８５・・・液晶ライトバルブ８６・・・ダイクロイックプリズム８７・・・投射レンズ以上１７− ３１第図

Claims

【特許請求の範囲】光を生成する光源、前記光源からの前記光を集め略平行
な光束に変換するためのコリメート手段、前記略平行な
光束に対して傾きをもって配置されており前記略平行な
光束を変調し複数の画素を含むライトバルブ、前記ライ
トバルブで変調された光を投射するための第１の投射光
学手段、前記第１の投射光学手段で投射された前記ライ
トバルブの実像が結像される位置近傍に配置された反射
手段、前記反射手段で反射された光を再び投射するため
の第２の投射光学手段、及びスクリーンからなり、前記反射手段は前記ライトバルブに含まれる前記画素の
その位置での実像の大きさより小さいピッチで配列され
た複数の微小反射面列（アレイ）からなる反射手段であ
り、前記複数の微小反射面列に含まれる反射面は、前記第１
の投射光学手段と第２の投射光学手段を焦点とする複数
の回転楕円体群のそれぞれ一部分からなることを特徴と
する投射型表示装置。