JPH05165096A - 背面投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 設置自由度が大きく、安定性に優れた超薄型
の背面投写型表示装置を実現する。 【構成】 キャビネット１内に投写距離を充分に確保し
つつ、照明装置８、画像形成光学系１０及び投写レンズ
２をスクリーン３左脇部へ上下方向に連ねて配置する。
投写レンズ２から出射した画像光束１２を第１、第２、
第３、第４反射ミラー４、５、６、７により反射させ、
スクリーン３の背面に斜めに投写する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、背面投写型表示装置に
かかり、特にビデオ映像や、コンピューター画像等を拡
大投写するに適する背面投写型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ
Ｔｕｂｅ）直視型をはじめとするディスプレイは、高
画質化、大画面化が急速に進められている。しかし、Ｃ
ＲＴ直視型は、製造上の問題から４０インチ程度が限界
と言われており、また、大重量である。液晶や、ＥＬ、
プラズマ等のフラットディスプレイも、製造上の技術的
課題、コストといった面で大面積化は開発途上である。

【０００３】そのような中で注目を浴びているのが、１
〜５インチ程度の液晶パネルや５〜９インチ程度のＣＲ
Ｔの画像を拡大投写する投写型表示装置である。投写型
表示装置は前面投写型、背面投写型に分けられる。前面
投写型は、自由に画面サイズが得られるなどの利点を持
つが、部屋を暗くしないと映像が観れない、表示装置と
は別にスクリーンが必要であるなどの欠点を持ってい
る。それに対して、背面投写型は、画面サイズは可変で
きないものの、任意の場所で、しかも大画面を明るい部
屋でもＣＲＴ直視型並に観賞が可能である。

【０００４】このような表示装置は、大画面である上
に、小型、軽量であることが求められている。壁掛けテ
レビに代表されるように、超薄型のディスプレイが将来
的な夢である。

【０００５】以上のような状況の中、これまでに、実開
平１−８５７７８号公報や文献テレビション学会技術報
告（１９８９ Ｖｏｌ．１３ Ｎｏ．５３ ５５〜６０
ページ）等にもみられるように、スクリーンに対して、
垂直な光軸をもって投写する方式の背面投写型表示装置
が提供されている。この方式の背面投写型表示装置は、
スクリーンに対し垂直な光軸をもって投写しないと台形
歪などにより画像に歪が生じるので反射ミラーの設置条
件に大きな制約を受け、これに基因して拡大投写光学系
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写型表示装置とすることができない
という問題があった。小型軽量化については、投写レン
ズの広角化による投写距離の短縮、ＣＲＴや液晶等の画
像形成部の小型化によりなされているが、大幅な薄型
化、小型軽量化には至っていない。

【０００６】そこで、キャビネットを薄型にする手段と
して斜め投写方式が提案されている。一般に傾いた物の
レンズによる像は、ＵＳパテント７５１，３４７号にお
いて、Ｔ．Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇが示したように、台
形歪が発生する。図５において、傾いた物面３１は、レ
ンズ３２により傾いた像面３３に結像する。その傾きの
関係は、図５に示したように物面３１と、レンズ３２
と、像面３３の延長線が一致するようになる。レンズ３
２の像側焦点Ｆの光軸Ｚに対する垂線と像面３３との交
点をｇとすると、図１０に示される正方形の物面上の像
は、レンズ３２により、図６に示される像面３３上に台
形に結像する。

【０００７】この台形歪を除去するために、図７に示す
ようにライトバルブ９と第１の投写レンズ３４と第２の
投写レンズ３６とスクリーン３をＺ軸に対して傾けて配
置する。ここで、第１の投写レンズ３４の像側焦点ｆ１
をとおり第１の投写レンズ３４と平行な面と台形歪のあ
る像面３５との交線ｓと、第２の投写レンズ３６の物側
焦点ｆ２をとおり第２の投写レンズ３６と平行な面と台
形歪のある像面３５との交線ｓ´とを一致させる。

【０００８】この時、例えば図１０に示した正方形のラ
イトバルブの像は、第１の投写レンズ３４により、図１
１に示した台形歪のある像になるが、第２の投写レンズ
３６により、スクリーン３上に図１２に示す台形歪のな
い像に結像する。そこで、この投写光学系を図８に示す
ように、第１のミラー３７と第２のミラー３８により折
り曲げキャビネット１に納めれば、奥行き方向の寸法が
縮小し、薄型の背面投写型表示装置が構成できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の背面投写型
表示装置は、背の高い縦長のキャビネットであったため
に、非常に安定性に欠け、特に大画面のものは倒れたり
すると非常に危険であった。そのため何等かの安全対策
が必要であるという課題があった。

【００１０】更に、縦長であることは、必然的に画面高
さの下限が決ってしまうという欠点がある。上限はない
にしても、縦長のものを更に台の上に載せるということ
は危険なことである。これに対し、ユーザーとしては、
立って観る、椅子に座って観る、床に寝転んで観る等、
観視用途は様々である。そのうえ、現在家庭に普及して
いる大型のＣＲＴ直視型のテレビジョンはラックや台の
高さを変えることにより好みの高さで観賞できる。背面
投写型液晶表示装置においてもこのような多様な観視用
途に対応できるものであることが望まれる。

【００１１】本発明は、上記の従来の課題を解決するも
ので、その目的とするところは、現在市販されている装
置よりはるかに薄型であり、設置の自由度が大きく、安
全性に優れた背面投写型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】キャビネット内に、画像
形成手段と、この画像形成手段の原画像をスクリーンに
拡大投写するための投写手段と、この投写手段から投写
した画像光束をキャビネットの前面に設置されたスクリ
ーンの背面に導き、スクリーンの背面に対し所要の傾斜
角度をもって斜めに投写させるための少なくとも一つの
反射手段を備え、前記画像形成手段及び投写手段は、ス
クリーンの左脇部あるいは右脇部に上下方向へ連ねて配
置することを特徴とする。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明を図面に示す実施例を参照し
て説明する。

【００１４】本発明の背面投写型表示装置は、図１に一
実施例の装置の斜視図を示すように薄型のキャビネット
１内に、画像形成手段の構成部品である照明装置８およ
び３枚のライトバルブ９を含む画像形成光学系１０と、
投写手段である投写レンズ２と、キャビネット１の前面
に設けられた背面投写型のスクリーン３と、前記投写レ
ンズ２からの画像光束を前記スクリーン３の背面まで導
くための反射手段である第１、第２、第３、第４反射ミ
ラー４、５、６、７とを備えている。

【００１５】まず、本実施例に使用している斜め投写光
学系の構成について説明する。図９はその配置図を示し
ている。基本的な考え方は上述した従来の斜め投写の原
理と同様である。図１０は図９におけるライトバルブ９
の像を示し、図１１は図９における中間像面２３上の台
形歪のある中間像を示し、図１２は、図９におけるスク
リーン３上の台形歪のない像を示している。

【００１６】図９において、第１の投写光学系の第１レ
ンズ２１の光軸、第２レンズ２２の光軸、第２の投写光
学系２４の光軸、ライトバルブ９の法線およびスクリー
ン３の法線は同一平面上にある。

【００１７】第１の投写光学系の第１レンズ２１と第２
レンズ２２は、互いに角度ψだけ傾き、第１レンズ２１
の像側焦平面と第２レンズ２２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２３と第２
投写光学系２４とスクリーン３を各々の延長面が一直線
上で交わるように配置する。

【００１８】照明装置８から出射した光束は、ライトバ
ルブ９を概ね平行に照明する。従って、ライトバルブ９
に対して光束は概ね同一の角度で入射し、ライトバルブ
９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。図１０に示すライトバルブ９の像は、互いに傾
いた第１レンズ２１と第２レンズ２２により、図１１に
示すように台形歪のある中間像を結像する。図１３に示
した如く第１レンズ２１の像側焦平面と第２レンズ２２
の主平面の交線を含みＺ軸に平行な面と、中間像面２３
との交線をｇとする。ｇと第２の投写光学系２４の物側
焦点を通り、第２の投写光学系２４に平行な面と中間像
面２３の交線ｇ´とを、図１１に示した如く一致させる
と、図１１の如くに台形に歪んだ中間像は、第２の投写
光学系２４により、図１２の如くに台形歪のない像とし
て、スクリーン３に結像する。

【００１９】今回使用の投写レンズ２は、上記の第１の
投写光学系の第１レンズ２１と、第２レンズ２２と、第
２の投写光学系２４とにより構成されている。また、ラ
イトバルブ９には、アクティブマトリクス型の液晶パネ
ルを用いている。

【００２０】また、スクリーン３は、拡散剤入りの樹脂
基材に、レンチキュラーレンズおよ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た物が使用
できる。しかし、このスクリーン３の背面から斜め（例
えば入射角６０゜）に投写される光束が、その延長方向
へ透過しないよう、図１４に一部を拡大示するように、
入射される光束をスクリーン３の前面ほぼ直角方向に向
かわせるようにするプリズム全反射シートを、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
投写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。

【００２１】投写レンズ２から投写された画像光束１２
をスクリーン３の背面に導くための光路変換用の反射系
は、図１５にその原理的説明図を示すように、三角形Ａ
ＢＣを考えるとき、線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形
となるように光路を折り曲げることが最小奥行きとなる
ことがわかる。すなわち、Ｘは反射ミラー無しの場合、
Ｙは１回反射の場合、Ｚは２回反射の場合の光路を示し
ている。

【００２２】このとき線分ＡＢとＢＣのなす角度φは、 φ＝（π／２）−α−θ で表わされる。

【００２３】ｔａｎ φ＝１／ｔａｎ （α＋θ） 図から、 Ｈ／２Ｄ＝ｔａｎ （α＋θ） 故に、 ｔａｎ φ＝２Ｄ／Ｈ いま、（Ｈ／Ｄ）を３、すなわち奥行きＤを高さＨの３
分の１とするには、θ＝１２゜とすると上式より α＝ｔａｎ^-1（３／２）−θ＝５６．３゜−１２゜＝４４．３゜ となる。α＝６０゜とすれば、奥行き寸法Ｄをさらに小
さくでき、薄型に構成できる。

【００２４】以上の説明は、３回以上の反射の場合にお
いても同じことがいえ、さらに図９のように平面的に折
り曲げるだけでなく、立体的に折り曲げてもよい。

【００２５】図１に示した実施例を参照すると、この場
合、キャビネット１の照明装置８から出射した光束は、
画像形成光学系１０に入射する。画像形成光学系１０内
では、各々のライトバルブ９において光変調され、投写
レンズ２に入射する。投写レンズ２を通過した画像光束
は、拡大しながら進行し、第１反射ミラー４により、光
路変換され、この第１反射ミラー４からの反射光を受け
る第２反射ミラー５に入射する。更にこの画像光束を第
２反射ミラー５により反射させ、第３反射ミラー６に導
き、この第３反射ミラー６からの反射光を受ける第４反
射ミラー７をスクリーン３に相対向する後部内面にスク
リーン３の背面とほぼ平行に置いて、この第４反射ミラ
ー７からスクリーン３の背面に斜め方向から投写するこ
とにより、ライトバルブ９に作られる画像がスクリーン
３上に拡大画像として投写される。

【００２６】上記のような配置構造を採用してスクリー
ン３の背面へ斜め投写してもスクリーン３上に形成され
る拡大画像に台形歪が生じることがなく、正規の画像を
映し出すことができながら、キャビネット１の奥行き寸
法を大幅に縮小することができ、超薄型で大画面の表示
装置を得ることができる。

【００２７】図２は、図１の背面投写型表示装置の正面
図である。投写レンズ２を構成している第１の投写光学
系の第１レンズ２１、第２レンズ２２および第２の投写
光学系２４は、図４にその一例を示すように、画像劣化
を引き起こす収差の低減、歪補正量の軽減をはかるた
め、単レンズではなく数枚のレンズを組み合わせたレン
ズ群である。従って、図１および図２からもわかるよう
に投写レンズ２は、かなり長いものである。またこのよ
うな装置には、投写レンズ２の他に照明装置８、画像形
成光学系１０が最低限必要である。従って、これらを光
軸上に直線的に並べると横幅方向に長く広いスペースが
必要である。

【００２８】従って、キャビネットの薄型化には、スク
リーン３に対して直角方向ではなく、平行方向への配置
が必須であることは歴然である。更に、良好な画質を維
持するためには、第１、第２レンズ２１、２２および第
２の投写光学系２４内の各レンズの傾きを小さくしなけ
ればならない。そのためには、投写距離を長くとる必要
がある。

【００２９】この実施例においては、縦長のキャビネッ
トとしないために照明装置８、画像形成光学系１０及び
投写レンズ２をスクリーン３の左脇部へ上下方向に連ね
て配置してある。この配置により、必要な投写距離を確
保できると共に、投写レンズ２や画像形成光学系１０も
無理なく配置できるので、背面投写型表示装置としての
機能を損なうことなくキャビネットが薄型になる。

【００３０】また、投写距離を長くすることによって投
写画像の画角が小さくなるため、反射ミラーの角度依存
性を軽減し、スクリ−ンの傾斜角に関しては、スクリ−
ンの上側と下側における傾斜角がスクリーンサイズ５０
インチで±３度程度となり、スクリ−ンの全反射の条件
から著しく外れることがないため、スクリーンの負担を
も軽減できる。

【００３１】以上のような構成により、スクリーン３の
下部には、第３反射ミラー６のみ組み込まれるだけなの
で、装置の設置に際して、画面の高さの下限をほぼなく
すことが可能となる。スクリーンサイズが５０インチの
場合、スクリーンの下限が設置面から約８０ｍｍの高さ
に構成できる。また、上下を逆にした構成（図２を９０
゜回転させた状態）も可能である。その場合にはスクリ
ーンの保持部品の厚み分の高さのみなので、下限はない
に等しい。

【００３２】また横長のキャビネットとすることで安定
性が向上する。従って、装置を高いところにも設置でき
るので、設置自由度を大きくすることが可能となる。

【００３３】（実施例２）図３は、本発明の他の一実施
例にかかる背面投写型表示装置の構成図である。この実
施例では、画像形成手段としてＣＲＴ１４を用いてい
る。キャビネット内における、投写レンズ２、第１、第
２、第３、第４反射ミラー４、５、６、７及びスクリー
ン３の配置構成は、上述の実施例と同様である。ライト
バルブを用いる装置では照明装置が必要であるが、ＣＲ
Ｔを用いると照明装置は必要ないため、たとえＣＲＴ１
４が大きくても設置は充分可能である。小型化（薄型
化）にはライトバルブを用いた装置の方が有利である。
しかし、ＣＲＴ１４、投写レンズ２をスクリーン３左脇
部に配置し、スクリーン３に対して画像光束１２を斜め
に投写させることにより超薄型に構成できる。

【００３４】なお、以上の全実施例において照明装置
８、画像形成光学系１０、ＣＲＴ１４、投写レンズ２等
を右脇部に配置しても機能的には同等であることは自明
である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、照
明装置やライトバルブ、ＣＲＴ、投写レンズ等をスクリ
ーンの左脇部あるいは右脇部に配置し、スクリーンに対
して斜めに投写することにより、キャビネットの奥行き
方向の寸法を縮小できる効果がある。その際、投写距離
が長くなり、投写レンズ、反射ミラー、スクリーンへの
負担が軽減するため、投写画像の画質を損なうことがな
い。

【００３６】また、横長のキャビネットとなり、装置の
設置に自由度が増し、更に安定性が向上する。

【００３７】従って、設置自由度が大きく、安定性に優
れた超薄型の背面投写型表示装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す背面投写型表示装置
の斜視図。

【図２】 図１の背面投写型表示装置の正面図。

【図３】 本発明の他の一実施例を示す背面投写型表示
装置の構成斜視図。

【図４】 第１の投写光学系の一例を示す構成図。

【図５】 傾いた物面の説明図。

【図６】 図５の像面の結像の像面図。

【図７】 斜め投写の光学系の原理説明図。

【図８】 従来の斜め投写光学系の光路図。

【図９】 斜め投写の光学系の配置図。

【図１０】 図９のライトバルブ上の像の説明図。

【図１１】 図９の中間像の説明図。

【図１２】 図９のスクリーン上での結像を示す説明
図。

【図１３】 図９の第１の投写光学系の配置説明図。

【図１４】 プリズムの全反射によるスクリーンの一部
の拡大断面図。

【図１５】 反射ミラーの配置関係の原理的説明図。

【符号の説明】

１ キャビネット ２ 投写レンズ ３ スクリーン ４ 第１反射ミラー ５ 第２反射ミラー ６ 第３反射ミラー ７ 第４反射ミラー ８ 照明装置 ９ ライトバルブ １０ 画像形成光学系 １２ 画像光束 １４ ＣＲＴ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャビネット内に、画像形成手段と、こ
   の画像形成手段の原画像をスクリーンに拡大投写するた
   めの投写手段と、この投写手段から投写した画像光束を
   キャビネットの前面に設置されたスクリーンの背面に導
   き、スクリーンの背面に対し所要の傾斜角度をもって斜
   めに投写させるための少なくとも一つの反射手段を備
   え、前記画像形成手段及び投写手段は、スクリーンの左
   脇部あるいは右脇部に上下方向へ連ねて配置することを
   特徴とする背面投写型表示装置。