JPH04247441A - 投写型画像表示装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は透過型の液晶ディスプレ
イ（Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌ　　Ｄｉｓｐｌａ
ｙ；以下「ＬＣＤ」という。）パネルを用いた反射型の
オーバーヘッドプロジェクター（以下「ＯＨＰ投写装置
」という。）に適用して好適な投写型画像表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、会議や講演会等において説明用の
図表等を示すのに反射型ＯＨＰ投写装置が多く用いられ
ていた。この反射型ＯＨＰ投写装置の光学的原理を図４
をもって説明する。ランプハウス１から照射される光は
資料台を構成しているフレネル状反射鏡９に到達した後
反射して投写レンズ６の開口に入射し、投写レンズ６及
び反射鏡７を通してスクリーンに拡大投写される。この
とき、資料台の上にはいわゆるＯＨＰシート１０を載せ
ることにより、その拡大像が得られる。フレネル状反射
鏡９はフレネル形状をした樹脂９１　より成り、階段状
の凸面側にはアルミニウムなどの反射鏡薄膜９２　を張
り付けてあり、凹面鏡の働きをする。この凹面鏡９はラ
ンプハウス１から照射されて資料台一面に発散した光線
束を再び投写レンズ６の開口部に向けて収束させる効果
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＯ
ＨＰ投写装置の使用に際しては、ＯＨＰシート１０をこ
の装置専用のために製作しなければならず、多くの情報
を表示したいとき等は不便である。また、投写に際して
は、ＯＨＰシート１０をいちいち手で取り替えねばなら
ず、手間も掛かる上、スクリーンに表示された図等は静
止したものに限られ動画等の表示ができない等の欠点が
ある。従って、情報量を多くすることができ、投写の際
の操作も簡単であり、かつ動画等の表示が可能な装置と
するには、例えばＬＣＤパネルを映像情報で制御し、こ
の映像を拡大投写するＬＣＤパネル装置等の開発が必要
である。

【０００４】一方、透過型ＯＨＰ投写装置の上に透過型
ＬＣＤパネルを載せたＬＣＤパネル装置が実用に供せら
れている。しかし、透過型ＯＨＰ投写装置に比較して、
簡便さ、小型軽量、安価などの利点から、小スペースの
会議室では、反射型ＯＨＰ投写装置が多用されている。 従って、反射型ＯＨＰ投写装置用のＬＣＤパネルによる
情報映像の提供が望まれる。

【０００５】また、他方図３に示すように、フレネルレ
ンズ２、透過型ＬＣＤパネル３、平面鏡４を上から順に
重ねたＬＣＤパネル装置を用いたビデオプロジェクタ等
の投写型画像表示装置が開発されており、この技術を反
射型ＯＨＰ投写装置に応用することが上記要望に答える
のに最も適しているものと思われる。しかし、上記のＬ
ＣＤパネル装置を反射型ＯＨＰ投写装置に応用する場合
は、ホットスポット現象が発生するので、この解決を図
る必要がある。ここで、ホットスポットの発生原因につ
いて、図３をもって説明する。図３に示すように、フレ
ネルレンズの光学的中心軸５近くへの入射光、例えばＬ
０　についてみるとこのＬ０　のうち大部分の光線はフ
レネルレンズ２、ＬＣＤパネル３を通過して、平面鏡４
で反射された後ほぼ前と同じ経路をたどって再びフレネ
ルレンズ２から射出し、光線Ｌ０　′となる。しかし、
Ｌ０　のうち一部は直接フレネルレンズ２の平面部で反
射し、光線Ｌ０　″となる。このＬ０　″は、Ｌ０　′
と平行であることから、Ｌ０′とともに投写レンズ６に
入射することとなる。この結果、スクリーン８上に拡大
投映された像の中央部分にホットスポットが存在してし
まい、鮮明な映像を得ることができないこととなる。

【０００６】本発明は、この点に鑑み、ＬＣＤパネル上
の映像情報を拡大投写することができ、かつホットスポ
ットの発生がない投写型画像表示装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による投写型画像
表示装置は、例えば図１〜図３に示すように、光源１と
投写レンズ６がフレネルレンズ２の光学的中心軸５に対
して対称に位置し、この光源１からの光は、このフレネ
ルレンズ２及び透過型液晶ディスプレイパネル３を介し
て、この透過型液晶ディスプレイパネル３の直後にある
平面鏡４により反射され、この反射光は投写レンズ６及
び反射鏡７を介してスクリーン８上に投写され、このス
クリーン８上に拡大画像が表示される投写型画像表示装
置において、フレネルレンズ２の光学的中心軸５を透過
型液晶ディスプレイパネル３から外れた位置に設けたも
のである。

【０００８】

【作用】かかる本発明によれば、フレネルレンズ２の下
に透過型ＬＣＤパネル３及び平面鏡４を配置することに
より、ランプハウス１からの入射光はフレネルレンズ２
通過後はフレネルレンズの平面部の垂線にほぼ平行とな
り、平面鏡４における反射光もほぼこの垂線に平行とな
ることから、ＬＣＤパネル３上の映像情報を良好に拡大
投写できる。また、フレネルレンズの光学的中心軸５を
透過型ＬＣＤパネル３から外れた位置に設けることによ
り、入射光のうち直接投写レンズ６に反射する光線束は
なくなり、ホットスポットを有効に除去できる。

【０００９】

【実施例】以下、図１〜図２を参照しながら、本発明投
写型画像表示装置の一実施例について説明する。図１は
反射型ＯＨＰ投写装置の概略を示す全体図であり、この
ＯＨＰ投写装置は大きく分けて３つの主要部、つまり光
源となるランプハウス１、投写されるべき映像情報を発
生させ、この情報となる光を投写レンズ６に有効に集束
させる役目をはたす透過型ＬＣＤパネル３、フレネルレ
ンズ２、及び平面鏡４からなるＬＣＤパネルユニット、
最後に、映像情報をスクリーン８に投写する機能を有す
る投写レンズ６と反射鏡７よりなる光学系より構成され
ている。

【００１０】図１に示すように、図面のほぼ中央で上方
にあるランプハウス１はフレネルレンズ２の一方の端部
近くの上方に、具体的にはフレネルレンズの中心軸５よ
りすこし左側に離れた所に位置し、光源１から発生した
光をフレネルレンズ２の表面に集中してかつ均一に供給
するようにしてある。

【００１１】ランプハウス１の下方には、フレネルレン
ズ２を設置する。ここでフレネルレンズ２とはレンズの
厚みを減らすため、多数の輪帯状レンズに分割して、レ
ンズの厚さを大きくすることなく、口径を大きくするこ
とができるレンズをいう。フレネルレンズ２の向きは平
面部を上側にし、階段状の形状を有する凸面部を下側に
設置し、材料としてはこわれにくい合成樹脂を用いてい
る。ランプハウス１からこのフレネルレンズ２に向かっ
て放射された光は、このフレネルレンズ２を通過するこ
とにより屈折され、通過後の光はフレネルレンズ２の平
面部に対してほぼ垂直な角度をなして下方へ直進するこ
ととなる。

【００１２】フレネルレンズ２のすぐ下には透過型ＬＣ
Ｄパネル３を設け、またこの透過型ＬＣＤパネル３の形
状は平板状であり、この中には投写されるべき映像情報
が液晶により表示されている。液晶は透明な部分と不透
明な部分とがあるので、フレネルレンズ２を通過してき
た光は、この透明な部分は透過できるが、不透明な部分
では一部の光が吸収されてしまい全ての光は透過するこ
とができない。

【００１３】透過型ＬＣＤパネル３のすぐ下には平面鏡
４を設け、ここでこの平面鏡はガラス等の透明体にアル
ミニウム等の反射膜をはり付けたものであり、設置の際
には、反射膜をはり付けた方の面を上側にしておく。こ
のように反射膜の面を上側にする理由は、反射膜が上側
にあるときは、透過型ＬＣＤパネル３を透過してきた光
が反射膜により直接反射して戻るのに対して、反射膜が
透明体の下側にあるときは透過型ＬＣＤパネル３を透過
してきた光はそのうち一部が透明体の上側表面で直接反
射するが、他の残りの光は一度透明体を通過後反射膜で
反射し、さらにまた透明体を通過して戻ることになる。 透過型ＬＣＤパネル３を透過する光は垂直から少し傾い
た角度を持っているので、上で述べた２つの反射光は平
面鏡４から出るときには入射光の光路に対して多少光路
がずれていることになる。この２つの光のうち特に一旦
透明体を通過してきたものの方がこのずれは大きく、こ
の反射光が再度透過型ＬＣＤパネル３を透過するときは
、この反射光により形成されている映像とＬＣＤパネル
３上の映像はすこしずれた状態で２重に重なることにな
る。さらに、平面鏡４の上側で直接反射してきた光を加
えると映像は３重の映像となり、最終的にスクリーンに
投写される映像が不鮮明となってしまう。この弊害を最
小限にするため、平面鏡４の反射膜の面を上側にしてお
けば、ずれの小さい方の反射光のみを利用することがで
き、ずれの大きい反射光を除去することができる。

【００１４】一方、図４で説明したように、映像情報源
となるＯＨＰシート１０をフレネル状反射鏡９の上に置
いているが、図３に示す例においては映像情報源となる
ＬＣＤパネル３をフレネルレンズ２と平面鏡４の間に置
いており、この両者の構成の違いの理由を以下に説明す
る。透過型液晶はその面の垂線または垂線に５〜１０度
傾斜した光線束を最もよく制御して最大のコントラスト
を得られる性質がある。図４での従来例と同様に透過型
ＬＣＤパネルをフレネル状反射鏡９の上に置くと、ラン
プハウス１からフレネル状反射鏡９に向う光線の角度、
及びこのフレネル状反射鏡９から投写レンズ６に向う光
線の角度はＬＣＤパネル上で種々に変化し、特にＬＣＤ
パネルの端の方ではおおきな角度を示すことになり、全
ての光線の角度を許容範囲内に収めることは極めて困難
なものとなる。従って、従来例におけるＯＨＰシート１
０のかわりにＬＣＤパネルを用いるときは、液晶を通過
する光線束がその面の垂線に平行もしくは垂線に対して
わずかに傾斜しているようにしなければならない。そこ
でランプハウス１からの光を一度ほぼ平行にするために
ＬＣＤパネルの直前にフレネルレンズ２を配置する。そ
して、ほぼ平行に近い光線がＬＣＤパネル３を透過する
とともに、ＬＣＤパネル３の直後にある平面鏡４で反射
されたほぼ平行な反射光が再びＬＣＤパネル３を透過し
、その後光はフレネルレンズ２を通り投写レンズの開口
部に収束されて入射することになる。この構成ではラン
プハウス１からの光線Ｌ０　，Ｌ１　，Ｌ２　は上述の
経路をたどりＬ０　′，Ｌ１　′，Ｌ２　′となってレ
ンズに入射する。

【００１５】また、フレネルレンズ２は、図１に示すよ
うに、このフレネルレンズの中心軸より左側の半分のみ
を用いており、さらに中心軸近傍は少し削り落としてい
る。このような構成とした理由を以下に説明する。図３
において説明したように、ＬＣＤパネルユニットを反射
型ＯＨＰ投写装置に用いた場合、ホットスポットの発生
が問題となる。このホットスポットを除去する方法とし
て考えられるのは、ランプハウス１と投写レンズ６とを
フレネルレンズ２の端の方に移動する方法があり、こう
すればランプハウス１と投写レンズ６の中間点の下には
フレネルレンズ２の端部が掛からないのでレンズの平面
部での反射光を除くことができる。しかし、ランプハウ
ス１と投写レンズ６はフレネルレンズの中心軸５に対し
て対称に配置しなければならないので（この理由につい
ては後述する。）、上記の方法を採ることはできない。 この二つの条件を満たす方法として、結果的に図１の方
法がでてくる。つまり、フレネルレンズ２を中心軸より
少し片寄らせた位置で切断し、小さい方の一片を用いて
、ランプハウス１と投写レンズ６とをレンズの中心軸５
に対して対称に配置する。これにより、ランプハウス１
と投写レンズ６をフレネルレンズ２の端部に片寄らせる
こと、及びランプハウス１と投写レンズ６とをフレネル
レンズの光学的中心軸５に対して対称に配置するという
２つの条件を満たすことができる。これらの関係を図２
の光学的等価図によって説明する。ここで、ＦＬはフレ
ネルレンズを表わしたものであり、ＬＭは、レンズの隣
りに存在するＬＣＤパネル３と平面鏡４を表わし、Ｆ′
Ｌ′は平面鏡４によるＦＬの鏡像である。これらのもの
は垂直に配置し、ここで実線を引いた部分が現実に存在
する位置であり、点線の部分は今回削除した部分である
。また、レンズの中心軸５はこの点線に直角に表示して
あり、これはつまりレンズの中心軸近くの部分を含めて
、レンズの上方の部分は削除した構造となっている。ま
た、ＬＡは点光源、つまりランプハウス１を点で表示し
たものであり、その位置はレンズの中心軸より図面上に
おいて下側へ少し片寄らせており、水平方向に関しては
ＬＭからの距離は、ＦＬとＦ′Ｌ′との合成レンズを考
えた場合、この合成レンズの焦点と一致する位置として
いる。従って点光源ＬＡの合成レンズによる像は合成レ
ンズの反対側の焦点の位置でしかもＬＡと中心軸との距
離に等しい距離で中心軸からはなれ、つまりＬＡとはＯ
点を対称点とする位置にＬＡ．Ｉとして出現する。ＬＡ
．Ｉは平面鏡４の鏡像であるから、実際には、このＬＡ
．Ｉの平面鏡４に対する線対称の位置、つまりここでは
ＬＥの位置に実像が現われる。この点ＬＥは、ＬＡとは
レンズの中心軸５に対して線対称の位置にある。この像
点ＬＥの位置は投写レンズ６を配置すべき位置であり、
集中した光線束を全て投写用に用いることができる。投
写レンズ６をＬＥの位置にすることによりランプハウス
１と投射レンズ６とはフレネルレンズの中心軸５に対し
て線対称になるという原則がでてくる。

【００１６】次に、フレネルレンズ２の平面部での反射
光について説明する。ＦＬの平面部による点光源ＬＡの
鏡像ＬＡ．Ｍに注目すると、ＬＡから発する光線Ｌ０　
，Ｌ１　，Ｌ２　はＦＬの平面部で反射後はＬＡ．Ｍか
ら発したと同じ経路を通るのでＬ０　″，Ｌ１　″，Ｌ
２　″の光線となる。ここで、ホットスポットの原因と
なる光線はＬ４　であり、これは反射後はＬ４　″とな
り投写レンズＬＥに入射する。しかし、ここではＯ点付
近のフレネルレンズ２は削除してあるので、この経路の
光線は発生しないこととなり、結果としてホットスポッ
トの発生も防止することができることになる。

【００１７】ランプハウス１の近傍であり、かつレンズ
の中心軸５の対称の位置には投写レンズ６を配置し、こ
の投写レンズ６はフレネルレンズ２からの光線束を受け
、ＬＣＤパネル３の映像をスクリーン８上に結像するよ
うにしてある。投写レンズ６の上方には反射鏡７を配置
し、投写レンズ６からのほぼ垂直の光線束をほぼ水平方
向に反射し、スクリーン８上に拡大した映像を表示する
ようにしてある。

【００１８】以上のように、フレネルレンズ２の下に透
過型ＬＣＤパネル３及び平面鏡４を配置し、かつレンズ
の中心軸５付近まで含む部分を削除したフレネルレンズ
２を設けることによりホットスポット現象のない反射型
ＯＨＰ用のＬＣＤパネルユニットを提供でき、これを用
いた反射型ＯＨＰ投写装置により良好な拡大像が実現で
きる。なお、本発明は上述実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなくその他種々の構成が採り得る
ことは勿論である。

【００１９】

【発明の効果】かかる本発明によれば反射型ＯＨＰ用の
ＬＣＤパネルユニットを提供でき、かつこれによりホッ
トスポット現象のない良好な拡大像が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の説明に供する線図である。

【図２】本発明の説明に供する光学的等価図である。

【図３】従来例及び本発明の説明に供するＬＣＤパネル
ユニット原理図である。

【図４】従来例の説明に供する線図である。

【符号の説明】

１　　ランプハウス ２　　フレネルレンズ ３　　透過型ＬＣＤパネル ４　　平面鏡 ５　　フレネルレンズの光学的中心軸 ６　　投写レンズ ７　　反射鏡 ８　　スクリーン ９　　フレネル状反射鏡（資料台） ９１　フレネル形状樹脂 ９２　反射膜 １０　　ＯＨＰシート Ｌ０　，Ｌ１　，Ｌ２　　　入射光 Ｌ０　′，Ｌ１　′，Ｌ２　′　　透過型ＬＣＤパネル
透過後の平面鏡の反射光 Ｌ０　″，Ｌ１　″，Ｌ２　″　　フレネルレンズの平
面部での反射光 Ｌ４　，Ｌ４　″　　ホットスポットの原因となる入射
と反射光 ＬＡ　　点光源（ランプハウス） ＬＥ　　投写レンズ ＬＡ．Ｉ　　合成したフレネルレンズによる点光源の像
ＬＡ．Ｍ　　平面鏡による点光源の虚像ＦＬ　　フレネ
ルレンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光源と投写レンズがフレネルレンズの
   光学的中心軸に対して対称に位置し、上記光源からの光
   は、上記フレネルレンズ及び透過型液晶ディスプレイパ
   ネルを介して、該透過型液晶ディスプレイパネルの直後
   にある平面鏡により反射され、この反射光は上記投写レ
   ンズ及び反射鏡を介してスクリーン上に投写され、該ス
   クリーン上に拡大画像が表示される投写型画像表示装置
   において、上記フレネルレンズの光学的中心軸を上記透
   過型液晶ディスプレイパネルから外れた位置に設けたこ
   とを特徴とする投写型画像表示装置。