JPH04348333A - 投射型表示装置 - 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、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、液晶ライトバルブ等を背面より斜めに投射する表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、透過型または反射型ドットマトリ
ックス液晶等を用いた表示装置（以下ライトバルブと称
する）を用い、このライトバルブに表示される画像をス
クリーンに拡大投射して大画面として見せる拡大投射方
式が着目されている。これはブラウン管（ＣＲＴ）によ
る画像表示には自ずと大きさに限界があり、大画面化す
るにはブラウン管自体の大型化を伴い、実用上は４０イ
ンチ程度の大きさが限界となるためそれ以上の画像を得
たいとの要望に応えるためである。

【０００３】一方、ライトバルブ自体を大面積化するに
は、製作の上で欠陥のない大型液晶表示装置を得ること
は容易でなく、仮に得られたとしてもきわめて高価にな
る。このようなことから、透過型（または反射型）のラ
イトバルブを用いてこれに表示される画像を拡大投射す
れば、画面の大きさに制約を受けず、迫力のある大画面
を得ることが可能である。

【０００４】したがって、ライトバルブを用いて拡大投
射する光学系をキャビネット内に納め、キャビネットの
前面に設けたスクリーンに背面投射して、キャビネット
の前面から拡大画像を見ることが出来るようにしたディ
スプレイ型の表示装置が提供されるに至っている。

【０００５】この種のライトバルブを用いた従来の背面
投射型表示装置は、例えば実開平１−８５７７８号公報
にも見られるように、透過型液晶パネルに光源から照明
を与え、この液晶パネルに表示される画像を投射レンズ
により拡大して反射ミラーにより光路を変換させ、スク
リーンの背面に導く構造である。こうすることにより投
射光学系はすべてキャビネット内に納められ、任意の場
所へ移動が可能であり、かつ明るい室内であってもスク
リーン上の画像を見る事ができる。

【０００６】しかし、上記従来のディスプレイ型の背面
投射による表示装置では、ライトバルブを透過した光束
を反射ミラーにより光路変換してスクリーンの背面に導
く構造であるため、スクリーンに対し垂直な光軸をもっ
て投射しないと台形歪などにより画像に歪みが生ずるの
で反射ミラーの設置条件に大きな制約を受け、これに起
因して投射光学系が占める容積、特にスクリーンに対し
て奥行き方向の寸法（キャビネットの厚さ）が増し、そ
れ故薄型のキャビネットによる背面投射型表示装置とす
ることができない。

【０００７】そこでこれを解決する手段として斜め投射
方式が考えられる。一般に傾いた物のレンズによる像は
ＵＳパテント７５１，３４７号にＴ．Ｓｃｈｅｉｍｐｆ
ｌｕｇが示したように台形歪が発生する。図１３におい
て傾いた物面４３はレンズ４４により傾いた像面４５に
結像する。その傾きの関係は図１３に示されたように物
面４３とレンズ４４と、像面４５の延長線が一致するよ
うになる。レンズ４４の像側焦点Ｆの光軸Ｚに対する垂
線と像面４５との交点をｇとすると、図１４に示される
正方形の物面上の像はレンズ４４により図１５に示され
る台形に像面４５上に結像する。

【０００８】そこでこの台形歪を除去するために、図１
６に示すようにライトバルブ４６と第１の投射レンズ４
７と第２の投射レンズ４９とスクリーン５０をＺ軸に対
して傾けて配置する。ここで、第１の投射レンズ４７の
像側焦点ｆ１　を通り、第１の投射レンズ４７と平行な
面と台形歪のある像面４８との交線ｇと、第２の投射レ
ンズ４９の物側焦点ｆ２　を通り第２の投射レンズ４９
と平行な面と台形歪のある像面４８との交線ｇ´とを一
致させる。

【０００９】この時、例えば図１７で示される正方形の
ライトバルブの像は、第１の投射レンズ４７により、図
１８に示される台形歪のある像になるが、第２の投射レ
ンズ４９により、スクリーン５０上に、図１９に示す台
形歪のない像に結像する。そこで、この投射光学系を図
１２に示すように、第１のミラー４０と第２のミラー４
１により折曲して、キャビネット３８に納めれば、薄型
の背面投射型表示装置が構成できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記投射光学
系では台形歪を除去するために第１の投射レンズ４７の
焦点距離が短くなり、レンズの口径が小さくなる。その
ために図２０のごとく、コンデンサーレンズ５２で集光
した光でライトバルブ５３を照明する必要がある。その
時、図２０に示したごとく、ライトバルブ５３の上方と
下方では異なった角度にて光が入射する。ライトバルブ
の光の透過率は入射角により変化するので、スクリーン
５７上の画像に明るさのムラが生ずる問題点がある。

【００１１】そこで、本発明はこのような問題点を解決
するもので、その目的とするところは、ライトバルブを
入射角が各部でほぼ一定な平行光で照明することにより
、明るさムラの少ない斜め投射の表示装置を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の投射型表示装置
は光源と、光変調手段と、光変調手段の像をスクリーン
に投射する投射手段とスクリーンを有し、スクリーンに
対して投射手段の光軸が斜めに入射する投射型表示装置
において、前記投射手段は前記光変調手段の台形歪のあ
る像を結像する第１の投射光学手段と、前記台形歪のあ
る像をスクリーンに台形歪なく投射する第２の投射光学
手段により構成され、前記第１の投射光学手段は互いに
平行でない少なくとも２つのレンズを２組以上有するこ
とを特徴とする。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明による斜め投射の光学系配置
の実施例を示し、図２はライトバルブの像を示し、図３
は台形歪のある中間像を示し、図４は台形歪のないスク
リーン上の像を示している。

【００１４】図１で、第１の投射光学系の第１レンズ３
の光軸、第２レンズ４の光軸、第２の投射光学系６の光
軸、ライトバルブの法線及びスクリーンの法線は、同一
平面上にある。

【００１５】図１において光源１は　　放物面の反射鏡
付のキセノンランプまたはメタルハイドランプで、ライ
トバルブ２は液晶に格子状の電極を配置して各画素の透
過率を制御できるようにしたものである。

【００１６】第１の投射光学系の第１レンズ３と第２レ
ンズ４は互いに角度δだけ傾き、第一レンズ３の像側焦
平面と第２レンズ４の物側焦平面の交線がほぼＺ軸上を
通るように配置する。中間像面５と第２の投射光学系６
とスクリーン７を各々の延長面が同一直線上で交わるよ
うに配置する。

【００１７】光源１より出た光はライトバルブ２をほぼ
平行に照明する。したがってライトバルブに対して光線
はほぼ同一の入射角で入り、ライトバルブ２の全面で、
均一な明るさとコントラストを得ることができる。ライ
トバルブ２の像は、互いに傾いた第１レンズ３と第２レ
ンズ４により台形歪のある中間像を結像する。図５に示
した如く、第１レンズ９の像側焦平面と第２レンズ１０
の主平面の交線を含みＺ軸に平行な面と、中間像面１１
との交線をｇとする。ｇと第２投射光学系６の物側焦点
を通り第２の投射光学系６に平行な面と中間像面５の交
線ｇ´とを図３に示した如く一致させると、図３の如く
に台形に歪んだ中間像は第２の投射光学系６により、図
４の如くに台形歪のない像としてスクリーン７に結像す
る。

【００１８】第１の投射光学系の第１レンズ３、第２レ
ンズ４は、図１０に示した如く傾いた組合せレンズによ
り構成し、収差の補正を行うことができる。

【００１９】スクリーン７は、背面投射型テレビジョン
等に使用されているリアスクリーンが使用できる。これ
は拡散剤入り樹脂基材にレンチキュラーレンズ及びフレ
ネルレンズのシートを組み合わせて、配光特性を良好に
しているものである。しかし、本発明の如く斜めに投射
する場合は、スクリーン７に投射された光束がその延長
方向へ透過しないように、図１１に一部を拡大表示する
ように、プリズムの全反射を用いて、入射される光束を
スクリーン３７の前面ほぼ直角方向に向かわせるシート
を、レンチキュラーレンズのシートと組み合わせて、配
光特性を斜め投射に対して良好にしたスクリーンを用い
ることが望ましい。

【００２０】図１２は背面投射表示装置の構成の実施例
である。上述した構成の投射光学ユニット３９からの光
束を、第１のミラー４０と第２のミラー４１により反射
させてスクリーン４２に斜めに入射させることにより、
キャビネット３８の厚みＤを薄くすることができる。

【００２１】（実施例２）第１投射光学系の第２レンズ
を負のレンズにする事により、図６に示した如くレンズ
間隔を ｆ１／ｃｏｓφ１−ｆ２／ｃｏｓφ２ と短くでき、システムをコンパクトにすることができる
。図５に示した第１の投射光学系の実施例１と同様に、
第１投射光学系の第１レンズ１３の像側焦平面と第２レ
ンズ１４の主平面の交線をｇとすると、実施例１と同様
に台形歪のない像としてスクリーン７に結像する。

【００２２】（実施例３）第１の投射光学系を、互いに
平行でない２つのレンズ２組で構成すると、各レンズの
傾きが少なくてすみ、容易に良好な結像が得られる。図
７はその実施例である。

【００２３】第１の投射光学系の第１レンズ１７と第２
レンズ１８は互いに角度δ１だけ傾き、第１レンズ１７
の像側焦平面と第２レンズ１８の物側焦平面の交線がほ
ぼＺ軸上にあるように配置し、第１の投射光学系の第３
レンズ２０と第４レンズ２１は互いに角度δ２傾き、第
３レンズ２０の側焦平面と第４レンズ２１の物側焦平面
の交線がほぼＺ軸上にあるように配置する。更に、第２
の中間像面２２と第２の投射光学系６とスクリーン７を
各々の延長面が同一直線上で交わるように配置する。

【００２４】ライトバルブ１６の像は、第１の投射光学
系の第１レンズ１７と第２レンズ１８により、第１中間
像面１９に台形歪のある像として結像し、第１中間像は
第１の投射光学系の第３レンズ２０と第４レンズ２１に
より、第２中間像面２２に台形歪のある第２中間像とし
て結像する。図７に示した如く、第１の投射光学系の第
１レンズ１７の像側焦平面と第２レンズ１８の主平面１
８の交線をｇ１とする。ｇ１を含みＺ軸に平行な面と、
第１の投射光学系の第３レンズ２０の主平面との交線を
ｇ２とする。第１の投射光学系の第３レンズ２０の像側
焦点とｇ２とを含む面と、第４レンズ２１の主平面との
交線を含みＺ軸に平行な面と第２の中間像面２２との交
線をｇとする。第２の投射光学系６の物側焦平面と第２
の中間像面２２との交線ｇ’とｇとを図３に示した如く
一致させると、図３の如く台形に歪んだ第２中間像は、
第２の投射光学系６により図４の如く、台形歪のない像
としてスクリーン７に結像する。

【００２５】（実施例４）図８は第１の投射光学系を、
互いに平行でない２つのレンズ２組で構成した第２の実
施例である。第１投射光学系の第２レンズを負のレンズ
にする事により、図に示した如くレンズ間隔をｆ１／ｃ
ｏｓφ１−ｆ２／ｃｏｓφ２ と短くでき、システムをコンパクトにすることができる
。

【００２６】（実施例５）図９は第１の投射光学系を、
互いに平行でない２つのレンズ２組で構成した第３の実
施例である。第１投射光学系の第４レンズを負のレンズ
にする事により、図に示した如くレンズ間隔をｆ３／ｃ
ｏｓφ３−ｆ４／ｃｏｓφ４ と短くでき、システムをコンパクトにすることができる
。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、第１
の投射光学手段により台形歪のある中間像をつくり、第
２の投射光学手段により台形歪のない画像を作る斜め投
射型表示装置において、第１の投射光学手段を互いに平
行でない少なくとも２つのレンズを使用することにより
、光変調手段をほぼ平行光で照明することができ、全画
面に対して明るさ、コントラストのムラを少なくするこ
とができる。また、第１の投射光学系を互いに平行でな
い２つのレンズを２組以上で構成することにより各レン
ズの傾きが少ない、従って収差の少ない結像性能の良好
な投射表示装置を提供することができる。

【００２８】更に、キャビネットに組み込んで背面投射
型表示装置とするとき、斜め投射によりキャビネットの
容積、特に奥行きを大幅に低減する事が可能となり、コ
ンパクトな表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による斜め投射の光学系の配置図である
。

【図２】図１のライトバルブの説明図である。

【図３】図１の中間像の説明図である。

【図４】図１のスクリーン上での結像の説明図である。

【図５】本発明による第１の投射光学系の正のレンズに
よる実施例の図である。

【図６】本発明による第１の投射光学系の正のレンズと
負のレンズによる実施例の図である。

【図７】本発明による、互いに平行でない２つのレンズ
を２組用いた第１の投射光学系の正レンズによる実施例
の図である。

【図８】本発明による、互いに平行でない２つのレンズ
を２組用いた第１の投射光学系の正レンズと負レンズに
よる実施例の図である。

【図９】本発明による、互いに平行でない２つのレンズ
を２組用いた第１の投射光学系の正レンズと負レンズに
よる第２の実施例の図である。

【図１０】本発明に使用するレンズの実施例の断面図で
ある。

【図１１】本発明に使用するプリズムの全反射によるス
クリーン断面の一部拡大図である。

【図１２】本発明による斜め投射光学系による背面投射
型表示装置の構成例の断面図である。

【図１３】傾いた物面の結像の説明図である。

【図１４】図１３の物面の結像の像面図である。

【図１５】図１３の像面の結像の像面図である。

【図１６】斜め投射光学系の断面図である。

【図１７】図１６のライトバルブの説明図である。

【図１８】図１６の台形歪のある像面の説明図である。

【図１９】図１６のスクリーンの結像の説明図である。

【図２０】照明系を含んだ斜め投射光学系の光路図であ
る。

【符号の説明】

１　　光源 ２　　ライトバルブ ３　　第１の投射光学系の第１レンズ ４　　第１の投射光学系の第２レンズ ５　　中間像面 ６　　第２の投射光学系 ７　　スクリーン ８　　ライトバルブ ９　　第１の投射光学系の第１レンズ １０　　第１の投射光学系の第２レンズ１１　　中間像
面 １２　　ライトバルブ １３　　第１の投射光学系の第１レンズ１４　　第１の
投射光学系の第２レンズ１５　　中間像面 １６　　ライトバルブ １７　　第１の投射光学系の第１レンズ１８　　第１の
投射光学系の第２レンズ１９　　第１中間像面 ２０　　第１の投射光学系の第３レンズ２１　　第１の
投射光学系の第４レンズ２２　　第２中間像面 ２３　　ライトバルブ ２４　　第１の投射光学系の第１レンズ２５　　第１の
投射光学系の第２レンズ２６　　第１中間像面 ２７　　第１の投射光学系の第３レンズ２８　　第１の
投射光学系の第４レンズ２９　　第２中間像面 ３０　　ライトバルブ ３１　　第１の投射光学系の第１レンズ３２　　第１の
投射光学系の第２レンズ３３　　第１中間像面 ３４　　第１の投射光学系の第３レンズ３５　　第１の
投射光学系の第４レンズ３６　　第２中間像面 ３７　　スクリーン ３８　　キャビネット ３９　　投射光学ユニット ４０　　第１のミラー ４１　　第２のミラー ４２　　スクリーン ４３　　傾いた物面 ４４　　レンズ ４５　　傾いた像面 ４６　　ライトバルブ ４７　　第１の投射レンズ ４８　　台形歪のある像面 ４９　　第２の投射レンズ ５０　　スクリーン ５１　　光源 ５２　　コンデンサーレンズ ５３　　ライトバルブ ５４　　第１の投射レンズ ５５　　台形歪のある像面 ５６　　第２の投射レンズ ５７　　スクリーン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、光変調手段と、光変調手段で生成
   される像をスクリーンに投射する投射手段と、スクリー
   ンとを有し、前記投射手段で投射される投射光の中心光
   軸が前記スクリーンに対して斜めに入射する投射型表示
   装置に於て、前記投射手段は、前記光変調手段で生成さ
   れた像を台形歪のある中間像に変換する第１の投射光学
   手段と、前記台形歪のある中間像をスクリーン上で台形
   歪のない像に変換する第２の投射光学手段とから構成さ
   れてなり、前記第１の投射光学手段は、互いに平行でな
   い２つのレンズを有する事を特徴とする投射型表示装置
   。
2. 【請求項２】前記第１の投射光学手段の前記平行でない
   ２つのレンズは、光源側レンズのスクリーン側焦平面と
   スクリーン側レンズの光源側焦平面との交線が、光源側
   レンズの主点とスクリーン側レンズの主点とを結ぶ直線
   上を通るように配置されることを特徴とする請求項１の
   投射型表示装置。
3. 【請求項３】前記第１の投射光学手段は、互いに平行で
   ない少なくとも２つのレンズを２組以上有することを特
   徴とする請求項１及び請求項２に記載の投射型表示装置
   。