JP2001094905A - マルチ投射表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フロント投射と背面投射とを同時に行う事がで
きる構成において、簡単な構造で、背面投射の画像に影
響を与える事なくフロント投射の画像のあおりの調整を
行う事ができ、しかも外部スクリーン上及びリアスクリ
ーン上の投射画像のピントを同時に合わせる事ができ
る、マルチ投射表示装置を提供する。 【解決手段】画像情報に応じた画像光を形成する光学エ
ンジン４と、その画像光を拡大して投射光として投射す
る投射レンズ５とを有し、前記投射光を透過及び反射に
より分割し、その透過した投射光をリアスクリーン２の
背面２ｂに導き、その反射した投射光を外部スクリーン
９の前面９ａに導くハーフミラー３とを備え、ハーフミ
ラー３を治具８により回動可能とする事により、前記反
射した投影光の外部スクリーン９上の投射位置を調整可
能とした構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるフロント
投射と背面投射とを同時に行う事ができるマルチ投射表
示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、このようなフロント投射と背
面投射とを同時に行う事ができるマルチ投射表示装置が
提案されている。これは、例えば特開平６−１８１５５
８号公報に記載されている如く、マルチ画面プロジェク
ションモニタとして、投影レンズから出射される画像光
を光学的分割手段によって分割し、これらの分割された
画像光をそれぞれ複数枚のリアスクリーンの裏面に導く
構成としたものがある。これにより、光源から投影レン
ズまでの投影光学系が１つであっても、画像光を２枚以
上のリアスクリーンに拡大投影する事ができるとしてい
る。また、光学的分割手段を構成する全反射ミラーを光
路上から退避させる事により、ケースの窓部から外部ス
クリーンにも拡大投影する事ができるとしている。

【０００３】ここで、このようなフロント投射と背面投
射とを同時に行う事ができる従来のマルチ投射表示装置
の基本的な構成を以下に示す。図３は、従来のマルチ投
射表示装置の概略構成を示す平面縦断面図である。同図
において、まず、３１は装置の外箱を形成するキャビネ
ットであり、キャビネット３１内左部に配置された３２
は光学エンジン、それに隣接する３３は投射レンズであ
る。光学エンジン３２は、画像情報に応じた画像光を形
成する働きを持つ。

【０００４】また、投射レンズ３３前方（図の右方）に
光路に対して斜めに配置された３４は平板状のハーフミ
ラー、ハーフミラー３４側方（図の下方）のキャビネッ
ト３１正面に設けられた３５は平板状で透過型のリアス
クリーン、ハーフミラー３４右方のキャビネット３１右
側面に設けられた３６はキャビネット開口部である。
尚、キャビネット３１の右方外部に配置された３７は平
板状の外部スクリーンである。今、光学エンジン３２か
らの画像光が、投射レンズ３３により投射光Ｌとして投
射されると、その一部がハーフミラー３４で反射され、
投射光Ｌ１としてリアスクリーン３５の背面３５ｂに投
射される（背面投射）。このとき、リアスクリーン３５
の前面３５ａ側に画像が映し出される。

【０００５】一方、投射光Ｌの残りは、減衰分を除いて
ハーフミラー３４を透過し、投射光Ｌ２としてキャビネ
ット開口部３６を通過し、外部スクリーン３７の前面３
７ａに投射される（フロント投射）。このとき、前面３
７ａに画像が映し出される。このようにして、フロント
投射と背面投射とを同時に行う事ができ、リアスクリー
ン，外部スクリーンのそれぞれにおいて、画像を同時に
観察する事ができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平６−１８１５５８号公報に記載されているような構
成、或いは上述した従来のマルチ投射表示装置の基本的
な構成においては、外部スクリーン上及びリアスクリー
ン上の投射画像のピントを同時に合わせるのは難しい。
また、外部スクリーン上にフロント投射された画像の位
置調整、いわゆるあおりの調整を行う事はできない。

【０００７】そのあおりの調整を行えるようにするため
には、例えば投射レンズの位置や、さらには必要に応じ
て光学エンジンの位置を可変にする必要がある。さら
に、投射レンズ及び光学エンジンの位置を変えてあおり
の調整を行っても、そのままではリアスクリーンに背面
投射された画像の位置もずれてしまうので、それを防止
するためには例えばハーフミラーも連動して動かす必要
が生じ、装置の構成が大がかりとなる。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑み、フロ
ント投射と背面投射とを同時に行う事ができる構成にお
いて、簡単な構造で、背面投射の画像に影響を与える事
なくフロント投射の画像のあおりの調整を行う事がで
き、しかも外部スクリーン上及びリアスクリーン上の投
射画像のピントを同時に合わせる事ができる、マルチ投
射表示装置を提供する事を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、画像情報に応じた画像光を形成する光
学エンジンと、その画像光を拡大して投射光として投射
する拡大投射光学系とを有し、前記投射光を透過及び反
射により分割し、その透過した投射光をリアスクリーン
の背面に導き、その反射した投射光を外部スクリーンの
前面に導く光学的分割手段とを備え、前記光学的分割手
段を回動可能とする事により、前記反射した投影光の前
記外部スクリーン上の投射位置を調整可能とした請求項
１の構成とする。

【００１０】また、前記光学的分割手段はハーフミラー
である請求項１に記載の請求項２の構成とする。

【００１１】また、前記拡大投射光学系は、前記リアス
クリーンから前記外部スクリーンまでの投射距離範囲を
包含する被写界深度を持つ、所定の投射距離及びＦナン
バーを有する請求項１又は請求項２に記載の請求項３の
構成とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のマ
ルチ投射表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す正
面縦断面図である。同図において、まず、１は装置の外
箱を形成する薄い直方体状のキャビネットであり、キャ
ビネット１内下部に配置された４は光学エンジン、それ
に隣接する５は投射レンズである。光学エンジン４は、
画像情報に応じた画像光を形成する働きを持つ。これの
詳細な構成については後述する。

【００１３】また、投射レンズ５前方（図の右斜め上
方）でキャビネット１右側面下部に配置された６は平板
状の全反射ミラー、全反射ミラー６から見て図の左斜め
上方に配置された３は平板状のハーフミラー、ハーフミ
ラー３左側に隣接してキャビネット１左側面に設けられ
た２は平板状で透過型のリアスクリーン、ハーフミラー
３右方のキャビネット１右側面上半部に設けられた７は
キャビネット開口部である。尚、キャビネット１から見
て外部右斜め上方に配置された９は平板状の外部スクリ
ーンである。

【００１４】ハーフミラー３の上端には、このハーフミ
ラー３を１つの軸を中心に回動させる治具８が設けられ
ており、これによりハーフミラー３を回動させた後に固
定する事により、後述するいわゆるあおりの調整を行う
事ができる。今、光学エンジン４からの画像光が、投射
レンズ５により実線で示す投射光Ｌとして投射される
と、破線で示すようにまず全反射ミラー６で全反射され
る。さらに、その一部がハーフミラー３で反射され、投
射光Ｌ１としてキャビネット開口部７を通過し、外部ス
クリーン９の前面９ａに投射される（フロント投射）。
このとき、前面９ａに画像が映し出される。

【００１５】ここでは治具８により、ハーフミラー３を
矢印Ａで示す如く、実線で表す状態から点線で表す状態
までの間で回動させて、所望の位置で固定する事によ
り、投射光Ｌ１を点線で表すＬ１ａから一点鎖線で表す
Ｌ１ｂまで、外部スクリーン９上の投射位置について、
本例では上下方向にあおりの調整を行う事ができる。
尚、ハーフミラー３を１つの軸を中心に回動させる構成
には限定されるものではなく、例えばこれを多軸で回動
できるように構成しておけば、外部スクリーン９上の投
射位置について、上下方向のみならず左右や斜め方向に
もあおりの調整を行う事ができる。

【００１６】一方、投射光Ｌの残りは、減衰分を除いて
ハーフミラー３を透過し、リアスクリーン２の背面２ｂ
に投射される（背面投射）。このとき、リアスクリーン
２の前面２ａ側に画像が映し出される。このようにし
て、フロント投射と背面投射とを同時に行う事ができ、
リアスクリーン，外部スクリーンのそれぞれにおいて、
画像を同時に観察する事ができる。また、上述の如くハ
ーフミラー３を回動させてあおりの調整を行っても、ハ
ーフミラー３を透過する光には影響を及ぼさないので、
リアスクリーン２上の投射位置の調整は不用である。

【００１７】尚、上記説明したように、外部スクリーン
にフロント投射する画像は、ハーフミラーで反射された
投射光によるものであり、リアスクリーンに背面投射す
る画像は、ハーフミラーを透過した投影光によるもので
あるから、前面から見た各画像が互いに左右逆になる事
はない。また、全反射ミラー６は必ずしも要しない。こ
の全反射ミラー６は、キャビネット１内の光学系の構成
をコンパクトにまとめるための手段であって、スペース
に余裕がある場合はこれを取り外し、投射光Ｌを直接ハ
ーフミラー３に投射する構成としても良い。但し、その
ままでは画像が左右反転するので、これを補正する手段
が別途必要となる。

【００１８】図２は、上記光学エンジン４の概略構成を
模式的に示す図である。同図において、２１は光源とし
てのランプであり、２２はランプ２１を取り囲むように
配置されるリフレクターである。また、２７はリフレク
ター２２の光の射出口２２ａを覆うように配置され、光
源からの光に含まれる紫外線をカットするＵＶカットフ
ィルターである。ＵＶカットフィルター２７の後方（図
の右方）には、インテグレータ２８が配置されている。
これは、レンズアレイ等を用いて光源からの光ができる
だけ均一な略平行光となるように、光学的に最適化する
ものである。尚、インテグレータの代わりにロッドプリ
ズム等を使用しても良い。

【００１９】また、インテグレータ後方にそれぞれ配設
されている２３ａ，２３ｂは光源からの光を色分離する
平板状のダイクロイックミラー、２４ａ，２４ｂ，２４
ｃは色分離された光を後記の表示パネルに導く平板状の
全反射ミラー、２５ａ，２５ｂ，２５ｃは色分離された
光をそれぞれ変調して画像光とする表示パネル、２６は
各画像光を色合成するダイクロイックプリズムである。
各表示パネルは、例えば立方体形状のダイクロイックプ
リズム２６の所定の三面にそれぞれ対向するように配設
されている。

【００２０】以上の構成において、ランプ２１からの白
色光は、直接に、或いはリフレクター２２により反射さ
れた後、ＵＶカットフィルター２７を通過し、更にイン
テグレータ２８によりほぼ均一な略平行光となって、ダ
イクロイックミラー２３ａに対して略４５度で入射す
る。ここでは白色光の内、実線の矢印で表す赤色光Ｒが
選択的に反射され、破線の矢印で表す緑色光Ｇ及び点線
の矢印で表す青色光Ｂは透過する。このダイクロイック
ミラー２３ａで色分離された赤色光Ｒは、全反射ミラー
２４ａで反射された後、赤色の画像を表示する表示パネ
ル２５ａを照射する。そして、表示パネル２５ａにより
画像情報に応じた光学的な変調が施された後、ここを透
過してダイクロイックプリズム２６に入射する。

【００２１】一方、ダイクロイックミラー２３ａを透過
した緑色光Ｇ及び青色光Ｂは、ダイクロイックミラー２
３ｂに対して略４５度で入射する。ここでは緑色光Ｇが
選択的に反射され、青色光Ｂは透過する。このダイクロ
イックミラー２３ｂで色分離された緑色光Ｇは、緑色の
画像を表示する表示パネル２５ｂを照射する。そして、
表示パネル２５ｂにより画像情報に応じた光学的な変調
が施された後、ここを透過してダイクロイックプリズム
２６に入射する。

【００２２】さらに、ダイクロイックミラー２３ｂを透
過した青色光Ｂは、全反射ミラー２４ｂ，２４ｃで順次
反射された後、青色の画像を表示する表示パネル２５ｃ
を照射する。そして、表示パネル２５ｃにより画像情報
に応じた光学的な変調が施された後、ここを透過してダ
イクロイックプリズム２６に入射する。このようにし
て、ダイクロイックプリズム２６に３方向から入射した
各色の画像光は、最後にここで合成され、カラー画像光
として図１の投射レンズ５により、リアスクリーン２及
び外部スクリーン９にそれぞれ所定の倍率で拡大投射さ
れる。

【００２３】上述したように、本実施形態における光学
エンジンの構成は、３枚の表示パネルがそれぞれＲＧＢ
各色について変調を行う、いわゆる三板式となってい
る。また、表示パネルとして透過型液晶表示素子を用い
ている。但し、このような構成に限定されるわけではな
く、いわゆる単板式としても良いし、表示パネルについ
ても反射型液晶表示素子や液晶以外の他の表示素子を用
いた、別の光学系の構成としても良い。

【００２４】ところで、上述したような従来のマルチ投
射表示装置の投射方式では、外部スクリーン上及びリア
スクリーン上にそれぞれフロント投射及び背面投射され
た投射画像のピントを同時に合わせようとしても、各投
射距離が異なる場合は困難となっていた。そのため、各
スクリーン上の投射画像を同時に利用する事は難しく、
マルチ投射のメリットが十分生かせないままとなってい
た。そこで、本実施形態では、投射レンズにおいてＦナ
ンバーを大きく取る事により、焦点深度及び被写界深度
を大きくし、一定の投射距離内であればピント合わせの
必要がないようにしている。その原理及び具体例を以下
に述べる。

【００２５】一般に、レンズは光軸上にある被写体の像
を結像面上に結像させるものであるが、ピントを合わせ
た点の前後のある範囲内もピントが合っているように見
える。これは、像のボケがある一定量の大きさ以下であ
れば、あたかもピントが合っているかのように見えるた
めである。このボケ量の大きさを許容錯乱円と言う。そ
して、ボケが許容錯乱円より小さいような像面側の前後
の範囲を焦点深度と言う。さらに、この焦点深度内の像
をつくる被写体側の範囲を被写界深度という。この深度
内にある被写体は全てピントが合ったと同様に写る。

【００２６】本実施形態では、スクリーンを被写体側と
し、表示パネルを像面側としている。このときの被写界
深度は次の式により求められる。 Ｌｒ＝δ・ＦＮＯ・Ｌ²／（ｆ²−δ・ＦＮＯ・Ｌ） Ｌｆ＝δ・ＦＮＯ・Ｌ²／（ｆ²＋δ・ＦＮＯ・Ｌ） ｄ＝２δ・ＦＮＯ

【００２７】但し、 Ｌｒ：後方被写界深度 Ｌｆ：前方被写界深度 ｆ：投射レンズの焦点距離 ＦＮＯ：Ｆナンバー δ：許容錯乱円 Ｌ：投射距離 ｄ：焦点深度 である。また、Ｌｒ＋Ｌｆが被写界深度である。

【００２８】ここでは許容錯乱円を、表示パネルの白黒
が解像できる画素ピッチの２倍と考える。例えば、１．
３インチパネルの画素ピッチは０．０２６ｍｍなので、
許容錯乱円をδ＝０．０５２ｍｍとする。このとき、焦
点距離ｆ＝２０ｍｍ，投射距離Ｌ＝８００ｍｍの投射レ
ンズにおいて、ＦナンバーＦ＝２，４，８の３通りを考
えると、上記式より後方被写界深度Ｌｒ，前方被写界深
度Ｌｆはそれぞれ以下のようになる。

【００２９】 〔Ｆナンバー〕 〔後方被写界深度Ｌｒ〕 〔前方被写界深度Ｌｆ〕 ２ ２１０ｍｍ １３７ｍｍ ４ ５７０ｍｍ ２３５ｍｍ ８ ３９６２ｍｍ ３６３ｍｍ

【００３０】このように、Ｆナンバーが８ともなると、
かなりの深度、特に後方被写界深度が得られる事が分か
る。このような構成により、本実施形態においては、リ
アスクリーンから前記外部スクリーンまでの投射距離範
囲を包含する被写界深度を持つ構成とする事が可能であ
り、一定の投射距離内であればピント合わせをする事な
く、外部スクリーン上及びリアスクリーン上の投射画像
のピントを同時に合わせたと同等の効果を得る事ができ
る。

【００３１】なお、本実施の形態では、投射レンズ５を
用いて拡大投射光学系を構成したが、複数の非球面ミラ
ーを組み合わせて拡大投射光学系を構成してもよく、ま
た、レンズと非球面ミラーとを組み合わせて拡大投射光
学系を構成してもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フロント投射と背面投射とを同時に行う事ができる構成
において、簡単な構造で、背面投射の画像に影響を与え
る事なくフロント投射の画像のあおりの調整を行う事が
でき、しかも一定の投射距離内であればピント合わせを
する事なく、外部スクリーン上及びリアスクリーン上の
投射画像のピントを同時に合わせたと同等の効果を得る
事ができる、マルチ投射表示装置を提供する事ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマルチ投射表示装置の一実施形態の構
成を模式的に示す正面縦断面図。

【図２】光学エンジンの概略構成を模式的に示す図。

【図３】従来のマルチ投射表示装置の概略構成を示す平
面縦断面図。

【符号の説明】

１ キャビネット ２ リアスクリーン ３ ハーフミラー ４ 光学エンジン ５ 投射レンズ ６ 全反射ミラー ７ キャビネット開口部 ８ 治具 ９ 外部スクリーン ２１ ランプ ２２ リフレクター ２３ａ，２３ｂ ダイクロイックミラー ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 全反射ミラー ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 表示パネル ２６ ダイクロイックプリズム ２７ ＵＶカットフィルター ２８ インテグレータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報に応じた画像光を形成する光学
   エンジンと、該画像光を拡大して投射光として投射する
   拡大投射光学系とを有し、 前記投射光を透過及び反射により分割し、該透過した投
   射光をリアスクリーンの背面に導き、該反射した投射光
   を外部スクリーンの前面に導く光学的分割手段とを備
   え、 前記光学的分割手段を回動可能とする事により、前記反
   射した投影光の前記外部スクリーン上の投射位置を調整
   可能とした事を特徴とするマルチ投射表示装置。
2. 【請求項２】 前記光学的分割手段はハーフミラーであ
   る事を特徴とする請求項１に記載のマルチ投射表示装
   置。
3. 【請求項３】 前記拡大投射光学系は、前記リアスクリ
   ーンから前記外部スクリーンまでの投射距離範囲を包含
   する被写界深度を持つ、所定の投射距離及びＦナンバー
   を有する事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
   マルチ投射表示装置。