JPH09127606A - 投射型ディスプレイ装置 - Google Patents
投射型ディスプレイ装置Info
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- JPH09127606A JPH09127606A JP7303354A JP30335495A JPH09127606A JP H09127606 A JPH09127606 A JP H09127606A JP 7303354 A JP7303354 A JP 7303354A JP 30335495 A JP30335495 A JP 30335495A JP H09127606 A JPH09127606 A JP H09127606A
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- G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
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Abstract
る。 【解決手段】 フレネルレンズシート、及びレンチキュ
ラーレンズによって構成され、映像光を透過することに
よって画像を形成する透過型スクリーンを有して構成さ
れている投射型ディスプレイ装置において、フレネルレ
ンズシートに構成されるレンズ部は、フレネルレンズシ
ートの中心部分から所定の距離までは一定の焦点距離で
構成され、前記所定の距離以降は焦点距離が徐々に短く
なるように構成する。また、前記一定の距離は前記フレ
ネルレンズシートの中心部分から投射画面上端部及び/
又は投影画面下端部までの距離となるように構成する
Description
(CRT)や液晶パネル等によって形成される画像を、
透過型のスクリーンに映し出す背面投射方式のディスプ
レイ装置にかかわり、特に投射レンズからスクリーンま
での投射距離を短く構成する投射型ディスプレイ装置に
関するものである。
画面の映像を楽しむことができる例えばプロジェクショ
ンテレビ等の投射型ディスプレイ装置が一般に普及して
いる。このような投射型ディスプレイ装置として、表示
部を形成する透過型スクリーンの背面から像光を投射し
て、このスクリーン上に形成される映像を見る背面投射
方式のものが知られている。
成を摸式的に示す図である。例えばディスプレイ装置本
体内の下部に、RGB各色に対応した陰極線管22(実
際にはR、G、B毎に3個の陰極線管22R、22G、
22Bが所定のあおり角を有して並置されている)が収
納されている。そしてこれらの陰極線管22(R、G、
B)から出力されるRGB各色の3原色の像光を、その
前方に配置されている投射レンズ23(R、G、B)に
よって拡大させ、リフレクタ24で反射させることによ
って透過型スクリーン25の背面に入射させる。
RGB各色の像光が合成されてカラー画像が形成され、
観察者は前方からその画像を見ることになる。なお、透
過型スクリーン25の前面には、この透過型スクリーン
25を保護するとともに表示画像を艶やかにみせるため
に、例えばメタクリル樹脂(アクリル樹脂)等からなる
透明パネル33が配置されている。
ル33の一部を分解して示す拡大図である。透過型スク
リーン25は例えばメタクリル樹脂(アクリル樹脂)等
からなるフレネルレンズシート26、レンチキュラーレ
ンズシート31によって構成されており、RGB各色の
像光は矢印Aで示されている方向から入射するように構
成されている。フレネルレンズシート26は図7に示し
た投射レンズ23から入射する像光が発散するのを防ぎ
観察者に集中させるように構成されている。そして、レ
ンズの薄型化を図るために、例えばレンズのほぼ中央部
分を中心とした同心円とされる多数の輪帯状のレンズ部
が構成されている。これによって、薄さを保ちつつ大口
径のレンズを構成することが可能になっている。
れるレンチキュラーレンズシート31は、主に像光を水
平方向に拡散して出射するように構成され、水平方向の
視野角を広くすることができるようになされている。な
お、レンチキュラーレンズシート31の出射側には、外
光によるコントラストの低下を軽減させるため、所定の
間隔で垂直方向にブラックストライプ32が形成されて
いる。
ィスプレイ装置の筐体の小型化を図るために、焦点距離
の短い投射レンズを用いて投射レンズからスクリーンま
での投射距離を短くすることが考えられている。しかし
ながら、投射距離が短いディスプレイ装置を構成する場
合、フレネルレンズシート26内の界面反射によって二
重像が発生して画質が低下するという問題点がある。
る光束の光路の一例を説明する。図9はフレネルレンズ
シート26の中心部から例えば画面下方約220mm付
近における断面図及びフレネルレンズシート26に入射
する光束の光路を示す図であり、投射レンズ23からフ
レネルレンズシート26までの距離が例えば950m
m、フレネルレンズシート26の集光距離が例えば60
00mm、屈折率が例えば1.552とされている。
を構成するレンズ部27の傾斜角T0aは例えば26.1
゜、また、レンズ部27の抜き角T1aは例えば1゜であ
る。投射レンズ23から出射した像光La1はフレネルレ
ンズシート26の入射面28に入射角T2a=13.0゜
で入射して屈折し、さらにレンズ面29に入射角T3a=
17.7゜で入射して屈折角T4a=2.1゜で出射して
出射光束La2となる。このとき像光La1の一部はレンズ
面29で反射して、反射光束La3、La4として入射面2
8側に戻ることになる。
の入射面28に入射角T5a=43.8で入射し、ここで
全反射してレンズ面29側に戻り、非レンズ面30に入
射角T6a=45.3゜で入射する。そして全反射した後
にレンズ面29に入射角T7a=18.7゜で入射して、
屈折後、出射角T8a=55.9゜で下向きに出射する。
したがって、画面の下部を下方から観察するようなケー
スは非常に稀なので、二重像として目視される問題はほ
とんどない。
ト26の入射面28で全反射後、レンズ面29に入射角
T9a=69.9゜で入射して全反射した後に、非レンズ
面30から出射してレンズ面29から再度フレネルレン
ズシート26に入射するので、二重像として目視される
ことはない。
の焦点距離を短くしたディスプレイ装置では、フレネル
レンズシート26に対する入射角や、レンズ部の傾斜角
等が異なるので、次の図10で説明するように二重像が
現れやすくなってしまう。図10は投射レンズ23から
フレネルレンズシート26までの距離が、例えば700
mmと短くされている場合の一例を示しており、フレネ
ルレンズシート26の集光距離及び屈折率は図9で説明
した場合と同一条件である。また、ここではフレネルレ
ンズシート26の各部の符号には沿え字bを付して説明
する。
6bのレンズ部27bの傾斜角T0bは例えば32.7
゜、レンズ部27bの抜き角は例えばT1bは1゜であ
る。投射レンズ23から出射した像光Lb1はフレネルレ
ンズシート26bの入射面28bに入射角T2b=17.
4゜で入射して屈折した後にレンズ面29b入射角T3b
=21.6゜で入射する。そして、屈折後に出射角T4a
=2.1゜で出射して出射光束Lb2となる。このとき、
像光Lb1の一部はレンズ面29bで反射して、反射光L
b3、Lb4として入射面28b側に戻る。
=54.3゜で入射して全反射した後に入射面28bに
戻り、非レンズ面30bに入射角T6b=34.7゜で入
射する。そして屈折後に出射角T8b=26.9で出射光
束Lb5として出射する。この場合、正規の映像光である
出射光束Lb2と、反射光Lb3からなる出射光束Lb5の間
隔dは、フレネルレンズシート26bの板厚をtとする
と、 d=2×t×tan (T5b) とすることができる。
2mm程度とすると、光束の間隔dは例えば5.6mm
程度となり正規の映像から、例えば約5.6mm程度の
間隔をおいて二重像が認識されるようになる。したがっ
て、特に、画面下部にテロップや映画の字幕等が表示さ
れる場合には画質の低下が目立つこととなる。
26bの後方の入射面28bで全反射した後、レンズ面
29bに入射角T9b=87.0゜で入射して全反射し
て、非レンズ面30bに入射角T10b =28.7゜で入
射する。そして屈折した後に出射角T11b =40.8゜
で出射光束Lb6として出射するので、出射光束Lb5とと
もに二重像として認識されるようになる。
6bの中心から下方に二重像が認識される例を説明した
が、上方に関しても同様に二重像が認識されることにな
る。また、左右方向に関してはフレネルレンズシート2
6bの後段に配置されるレンチキュラーレンズ31の出
射側に形成されているブラックストライプ32に吸収さ
れるので、特に問題になることはない。
ズシート26までの距離a(mm)、観察側集光距離b
(mm)、フレネルレンズシート26の焦点距離f(m
m)に応じて現れる二重像(出射光束Lb5、Lb6)の位
置の実測値の一例を一覧で示す図である。なお、この図
に示される実測値はフレネルレンズシート26の板厚は
2mm、屈折率は1.552である。
ト比が4:3で構成されるディスプレイ装置の場合、画
面の垂直方向は例えば約610mm程度で構成されるこ
とになる。そして図9で説明したように投射レンズ23
からフレネルレンズシート26までの光路距離が約95
0mmと長く設定されているケース1の場合、フレネル
レンズシート26の中心部から約250mmの位置まで
に表示される画像には二重像が現れない。また、中心部
から約260mmの位置に表示される画像の二重像が約
255mmの位置に現れるが、これはほとんど画面の端
部分になるので、画像上で特に問題とならない。
れているように投射レンズ23とフレネルレンズシート
26の光路距離a及び焦点距離fを短く設定すると二重
像が現れやすくなる。例えばケース2に示されているよ
うに光路距離a=約800mmに設定すると、中心から
例えば約220mm以上離れた位置には、元の画像の約
5mm乃至7mm程度中心側の位置に二重像が表示され
るようになる。
うに、光路距離a=約700mm程度というようにさら
に短く設定した場合、中心から約200mm離れた位置
に表示される画像にも二重像が現れるようになってしま
う。すなわち、ケース3の場合はフレネルレンズシート
26の中心部から約2/3程度の位置に二重像が発生す
るようになり、上記したように映画の字幕等、画面の中
心から離れた位置に表示される画像の画質がかなり低下
することになる。
て例えばケース4に示されているように、観察側集光距
離bを−8000mm、つまり、フレネルレンズシート
26から出射される光束が発散されるように、フレネル
レンズシート26のレンズ部27の傾斜角度を小さく設
定すれば、ケース1に示す光路距離aを長く設定した場
合と同様に、二重像の発生を抑制することができる。し
かし、この場合フレネルレンズシート26本来の機能が
得られず、周辺部分では輝度が低下して暗い画像となっ
てしまう。
の、投射レンズ23から出射された光束のフレネルレン
ズシート26各点からの出射角度をグラフで示す図であ
る。また図13は同様にケース4の場合の投射レンズ2
3から出射された光束のフレネルレンズシート26各点
からの出射角度をグラフで示す図である。この図で、縦
軸方向には出射角度(deg )、横軸方向にはフレネルレ
ンズシート26の中心部からの距離(mm)が示されて
いる。
合は、中心から離れるにしたがって出射角度(deg )が
大きくなり、出射光束は中心方向に向けて出射するの
で、観視者の方向に像光が集中するようになる。しか
し、図13に示されているようにケース4の場合は、中
心から離れるにしたがって出射角度(deg )がマイナス
方向に大きくなるので、出射光束は中心から離れるにつ
れて拡散され外側に向いてしまう。これにより、先述し
たように画像の周辺部分では輝度が低下してしまうこと
になる。
ンズ23から透過型スクリーン25に至る光路距離を短
く設定したディスプレイ装置では、例えば画面の中心か
ら約2/3程の位置に二重像が現れてしまい、さらにこ
れを抑制するために、フレネルレンズシート26のレン
ズ部27の傾斜角を小さく設定した場合、画像の周辺部
分の輝度が低下してしまうという問題があり、良好な画
像を得ることが困難であった。
点を解決するためになされたもので、映像投影部と、前
記映像投影部側に配置されるフレネルレンズシート、及
び該フレネルレンズシートの前方に配置されるレンチキ
ュラーレンズによって構成され、前記映像投影部から出
力された映像光を透過することによって画像を形成する
透過型スクリーンを有して構成されている投射型ディス
プレイ装置において、前記フレネルレンズシートに構成
されるレンズ部は、前記フレネルレンズシートの中心部
分から所定の距離までは一定の焦点距離で構成され、前
記所定の距離以降は焦点距離が徐々に短くなるようにし
て投射型ディスプレイ装置を構成する。
ズシートの中心部から投影画面上端部及び/又は投影画
面下端部までの距離となるように設定する。
現れる二重像を抑制するとともに、周辺部分の輝度の低
下を抑制することができるので、従来よりも良好な画像
を得ることができるようになる。
イ装置の実施形態を説明する。図1は本実施形態である
プロジェクタ装置の構成を側面から示す概要図である。
本実施形態のプロジェクタ装置1は、筐体2内部下方に
映像投影部としてRGB各色に対応した陰極線管(CR
T)3(実際にはR、G、B毎に3個の陰極線管3R、
3G、3Bが所定のあおり角を有して並置されている)
が収納されている。そしてこれらの陰極線管3(R、
G、B)から出力されるRGB各色の3原色の像光を、
その前方に配置されている投射レンズ4(R、G、B)
によって拡大し、リフレクタ5で反射させることによっ
て透過型スクリーン6の背面に入射させる。
ト7及びレンチキュラーレンズシート8からなり、陰極
線管3(R、G、B)からリフレクタ5を介して入力す
る像光から、画像を形成するように構成されている。本
発明では後述するように、フレネルレンズシート7を構
成する各レンズ部の焦点距離が中心部分からの距離に応
じて異なるように設定されている。また、レンチキュラ
ーレンズシート8については、図8に示した従来例と同
様にブラックストライプが形成されている。
レンズシート7によって前方に収束し、さらにレンチキ
ュラーレンズシート8によって水平方向に拡散されて出
射することになる。これによって、透過型スクリーン6
上でRGB各色の像光が合成されてカラー画像が形成さ
れ、観察者は前方からその画像を見ることになる。透過
型スクリーン6の前面には、この透過型スクリーン6を
保護するとともに表示画像を艶やかにみせるために、例
えばメタクリル樹脂(アクリル樹脂)等からなる透明パ
ネル9が配置されている。
示す平面図である。このフレネルレンズシート7には中
心部分から同心円として構成されているレンズ部7a、
7b、7c、7d・・・(中間部分は破線で示すことに
よって省略しているが、実際には破線の部分にも連続し
て形成されている)が形成されている。本実施形態で
は、各レンズ部の焦点距離を、中心部分に構成されてい
るレンズ部aから例えばレンズ部7b(例えば中心部分
から200mm程度)では一定とし、レンズ部7bから
レンズ部7d、すなわちフレネルレンズシート7の外側
に向かって徐々に短く設定している。この焦点距離のに
ついては、以下図3で詳しく説明する。
らの距離と、中心部からの距離に対応しているレンズ部
の焦点距離の関係をグラフで示す図であり、横軸方に中
心からの距離(mm)、縦軸方向に焦点距離を示してい
る なお、投射レンズ4からフレネルレンズシート7の距離
は700mm、フレネルレンズシート7の各レンズ部の
屈折率は1.55である。
1のケース3で説明したように、画像の外側に向けて二
重像が目立つ場合の焦点距離(例えばf=627mm程
度)、また破線は図11のケース4で説明したように、
二重像を抑制したために周辺部分の輝度が低下した場合
の長い焦点距離(例えばf=767mm程度)を示して
いる。そして本実施形態における焦点距離fは、例えば
実線によって示されているように中心部から200乃至
250mm程度までをほぼ一定とし、ここから外側に向
けて徐々に短くするように設定されている。
程度までの焦点距離fを例えば767mm程度の長さで
一定に設定することにより、図2に示したフレネルレン
ズシート7の中心部から例えば約200乃至250mm
程度とされるほぼ上端部及び下端部まで、及び左右方向
において二重像の発生を抑制することができるようにな
る。
至250mm程度より外側における二重像は、フレネル
レンズシート7の後段に配置されているレンチキュラー
レンズ8のブラックストライプによって吸収されるの
で、焦点距離fを短く設定しても画像上に現れることは
ない。したがって、図示されているように焦点距離fを
徐々に短く設定することが可能になり、フレネルレンズ
シート7の中心部から例えば約200乃至250mmよ
り外側における集光距離bが6m程度となるような焦点
距離fに設定することにより、画像の外周部分における
輝度の低下を抑制することが可能になる。
フレネルレンズシート7の焦点距離f(実線)を実現す
るための設計結果の一例を説明する。非球面形状のレン
ズを構成する場合の一般的な数式である
中心からの距離、K=円錐定数、C=光軸での曲率、A
2〜A5=定数としてケースワークを行ない係数を最適
化すれば良い。本実施形態では、円錐定数K=−1、光
軸での曲率C=−0.00234、A2=0、A3=
0、A4=−1.91×10-20 、A5=4.43×1
0-26 とすることにより、図3に実線で示す特性を実現
することができる所望の形状に構成することが可能にな
った。
7を用いた場合の二重像の実測値及び周辺輝度の一例を
説明する。図4は本実施形態のフレネルレンズシート7
を用いた場合の二重像の実測値と従来の実測値をの一例
を一覧表で示す図であり、ケース3、及びケース4は先
程図12で例である。なお、本実施形態では、集光距離
bは中心から周辺に向かって−7300mm〜6064
mmの間で変化し、これに伴って、焦点距離fも774
mm〜628mmの間で変化する。
る二重像の実測値は、従来のケース4と同様にフレネル
レンズシート7の中心部から250mmの位置までは二
重像が現れないので、表示される画像上では目視される
ことはほとんどない。さらに、従来のケース4で問題で
あった周辺輝度についても、外周側の焦点距離を中心部
分よりも短く設定することにより、フレネルレンズシー
ト7の周辺部から出射される光束は画面の内側に屈折す
るようになるので、図5に示されているように、従来の
ケース3とほぼ同等の輝度を得ることができるようにな
る。なお、中心から例えば約400mm程度の位置まで
は本実施形態の輝度がケース3の輝度よりも若干低下し
ているが、この程度の差は肉眼では認識することができ
ないので画像の品質に影響するものではない。
ネルレンズシートの中心が一致している場合を例に挙げ
て説明したが、最近では例えば図6に示されているよう
にフレネルレンズシートの中心を画面中心からずらし
て、光軸を上方もしくは下方に傾け、適視位置をずらす
ことが考えられている。このようなディスプレイ装置の
場合、例えば画面中心をずらす方向に応じて、フレネル
レンズシートの中心部から画面上端又は下端の長い方、
すなわちここでは半径Lrまでの焦点距離を、二重像が
現れないように一定に設定し、それ以降の焦点距離を徐
々に短く設定すれば良い。つまり、図6においてレンズ
部10a、レンズ部10b〜レンズ部10cまでの焦点
距離を一定にして、レンズ部10cから外側に形成され
るレンズ部10d・・・の焦点距離を徐々に短く設定す
るようになる。
サイズ、アスペクト比や、また各種投射系(CRT、液
晶パネル等)の特性に応じて、図3に二点鎖線で示され
ているように、フレネルレンズシート7、10の中心か
ら周辺部分に向かって徐々に焦点距離が短くなるように
設定しても良い。この場合は、円錐定数K=−0.7
5、光軸での曲率C=−0.00227、A2=0、A
3=0、A4=−3.78×10-21 、A5=6.93
×10-27とすることにより、図3に二点鎖線で示す特
性を実現することができる所望の形状に構成することが
可能になった。
R、G、B各色に対応した3個のCRT3(R、G、
B)を用いたプロジェクタ装置を例に挙げて説明した
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、
RGB各色に対応した3枚の液晶パネルで光変調された
映像を合成した後に1本の投射レンズで拡大投影する光
学系や、カラーフィルタを有している1枚の液晶パネル
で光変調された映像を1本の投射レンズで拡大投影する
光学系を有している液晶プロジェクタ装置に適用するこ
ともできる。
ィスプレイ装置は投射画像が映し出される透過型スクリ
ーンを構成するフレネルレンズシートの焦点距離を、二
重像が現れる中心部からほぼ画面の上端部又は下端部ま
でを長く、それ以降徐々に短く設定して、外周側で所望
の焦点距離が得られるので、投射型ディスプレイ装置を
小型化したときでも二重像による画質低下、及びフレネ
ルレンズシートの周辺輝度低下を抑制することができ、
画面全体で良好な画像を得ることができるようになる。
示す概要図である。
面図である。
らの距離と、この距離に対応した焦点距離の関係をグラ
フで示す図である。
合の二重像の実測値の一例を示す図である。
合の周辺輝度の実測値の一例を示す図である。
ートの平面図である。
す図である。
ン及び透明パネルの一部を分解して示す斜視図である。
約220mm下方付近における断面及びフレネルレンズ
シートに入射する光束の光路を示す図である。
mm下方付近において、二重像が現れる場合の光路の光
束の一例を示す図である。
る。
度を示す図である。
度を示す図である。
R、G、B各色に対応した3個のCRT3(R、G、
B)を用いたプロジェクタ装置を例に挙げて説明した
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、
RGB各色に対応した3枚の液晶パネルで光変調された
映像を合成した後に1本の投射レンズで拡大投影する光
学系や、1枚の液晶パネル(RGBカラーフィルタを有
しているものでも、有していないもののいずれであって
も良い)で光変調された映像を1本の投射レンズで拡大
投影する光学系を有している液晶プロジェクタ装置に適
用することもできる。
Claims (3)
- 【請求項1】 映像投影部と、 前記映像投影部側に配置されるフレネルレンズシート、
及び該フレネルレンズシートの前方に配置されるレンチ
キュラーレンズによって構成され、前記映像投影部から
出力された映像光を透過することによって画像を形成す
る透過型スクリーンと、 を備えている投射型ディスプレイ装置において、 前記フレネルレンズシートに構成されるレンズ部は、前
記フレネルレンズシートの中心部分から所定の距離まで
は一定の焦点距離で構成され、前記所定の距離以降は焦
点距離が徐々に短くなるように構成されていることを特
徴とする投射型ディスプレイ装置。 - 【請求項2】 前記一定の距離は前記フレネルレンズシ
ートの中心部から投影画面上端部及び/又は投影画面下
端部までの距離であることを特徴とする請求項1に記載
の投射型ディスプレイ装置。 - 【請求項3】 映像投影部と、 前記映像投影部側に配置されるフレネルレンズシート、
及び該フレネルレンズシートの前方に配置されるレンチ
キュラーレンズによって構成され、前記映像投影部から
出力された映像光を透過することによって画像を形成す
る透過型スクリーンと、 を備えている投射型ディスプレイ装置において、 前記フレネルレンズシートに構成されるレンズ部の焦点
距離は、前記フレネルレンズシートの中心部から外周に
向けて徐々に短くなるように構成されていることを特徴
とする投射型ディスプレイ装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30335495A JP3371654B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 投射型ディスプレイ装置 |
US08/733,925 US5803567A (en) | 1995-10-30 | 1996-10-18 | Protection-type display device |
EP96307710A EP0772077A3 (en) | 1995-10-30 | 1996-10-24 | Projection-type display device |
KR1019960049772A KR100454725B1 (ko) | 1995-10-30 | 1996-10-29 | 투사형디스플레이장치 |
CN96121699A CN1114315C (zh) | 1995-10-30 | 1996-10-30 | 投射式显示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30335495A JP3371654B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 投射型ディスプレイ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09127606A true JPH09127606A (ja) | 1997-05-16 |
JP3371654B2 JP3371654B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=17919974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30335495A Expired - Lifetime JP3371654B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 投射型ディスプレイ装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5803567A (ja) |
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