JP2903876B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

投写型表示装置

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JP2903876B2
JP2903876B2 JP4176606A JP17660692A JP2903876B2 JP 2903876 B2 JP2903876 B2 JP 2903876B2 JP 4176606 A JP4176606 A JP 4176606A JP 17660692 A JP17660692 A JP 17660692A JP 2903876 B2 JP2903876 B2 JP 2903876B2
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optical
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孝明 田中
真也 三戸
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3102Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/3105Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators

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  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はライトバルブ上に形成さ
れる画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリー
ン上に投写する投写型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】大画面の画像を得るために、映像信号に
応じた光学像を形成する小型のライトバルブに、光源か
らの光を照射し、投写レンズによりその光学像をスクリ
ーン上に投写拡大する方法が知られている。ライトバル
ブには液晶パネルを用いた投写型表示装置が注目されて
いる。
【0003】(図7)はライトバルブに液晶パネルを用
いた従来の投写型表示装置の構成の一例(例えば、特開
平2−250015号公報参照)を示したものである。
図に示すように、ランプ1と、ランプ1からの放射光を
集光する集光光学装置2と、熱線、紫外線をカットする
フィルタ3と、3枚のダイクロイックミラー4、5、6
から構成される色分離光学手段7と、3つのフィールド
レンズ8、9、10と、アクティブマトリックス方式の
3つの液晶パネル11、12、13と、3本の投写レン
ズ14、15、16と、スクリーン17から構成されて
いる。ランプ1からの白色光は集光光学装置2により略
平行光に変換され、フィルタ3により熱線、紫外線を除
去した後、白色光を青、緑、赤の色光に分離するダイク
ロイックミラー4、5、6に入射する。それぞれのダイ
クロイックミラー4、5、6により反射された各色光は
フィールドレンズ8、9、10を通過後、アクティブマ
トリックス方式の3つの液晶パネル11、12、13に
入射する。液晶パネル11、12、13は映像信号に応
じた光学像を形成する。液晶パネル11、12、13を
出射した光は3本の投写レンズ14、15、16により
スクリーン17上に拡大投写される。青、緑、赤の投写
画像はスクリーン17上で合成される。
【0004】このような構成においては3本の投写レン
ズを用いるために、色合成光学手段が不要となり、投写
レンズの広角化が容易となる。したがって、コンパクト
な投写型表示装置が構成できるという特徴を有してい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】スクリーン上の投写画
像の照度Eは投写レンズの光軸上の投写画像中心の照度
0とすると、
【0006】
【数1】
【0007】で表される。ここで、Kは投写レンズの開
口効率、ωは投写レンズの画角である。スクリーン上の
照度Eは投写レンズの開口効率Kと画角ωのcos4ω
の積に比例する。(図7)に示した構成では、3本の投
写レンズの光軸の位置が異なるために、スクリーン上の
任意の点に対して青、緑、赤のそれぞれの投写レンズの
画角が異なり、青、緑、赤のそれぞれの投写画像の照度
分布が異なる。(図8)に投写レンズのcos4ωによ
る青、緑、赤の投写画像の照度分布を示す。(図8)か
ら明らかなように、青、緑、赤の投写画像の合成投写画
像に色むらを生じるという課題があった。この投写画像
の色むらを改善するために、液晶パネルへの入力映像信
号を輝度変調することにより補正する方法や、光量減衰
フィルタにより補正する方法がある。しかしながらいず
れの方法もスクリーン上で照度の最も低い色光に対して
他の色光の照度を低下させてホワイトバランスを調整し
色むらを改善する方法であり、投写画像の明るさが低下
するという課題があった。また、青、緑、赤のスクリー
ン上の照度分布を同一にする光量減衰フィルタを用いる
場合には、フィルタ面内で3本の投写レンズのcos4
ωの違いを補正するような透過率分布にする必要があ
る。このような光量減衰フイルタを用いることは光学系
が高価となるという課題があった。
【0008】本発明は上記課題に鑑み、明るく色むらの
少ない投写型表示装置を提供することを目的とするもの
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の投写型表示装置は、光源と、前記光源から
の白色光を青、緑、赤の色成分の光に分離する色分離光
学手段と、前記色分離光学手段からの出射光を受け映像
信号に応じた光学像が形成される3つのライトバルブ
と、前記ライトバルブからの出射光を受け前記光学像を
スクリーン上に投写する3本の投写レンズとを備え、前
記2つのライトバルブは画像形成中心を前記投写レンズ
の光軸に対して移動して配置され、前記2本の投写レン
ズには前記ライトバルブの移動方向と平行な成分を持つ
方向に、光軸に対して偏心した絞りを備えたものであ
る。
【0010】また、本発明の投写型表示装置は、光源
と、前記光源からの白色光を青、緑、赤の色成分の光に
分離する色分離光学手段と、前記色分離光学手段からの
出射光を受け映像信号に応じた光学像が形成される3つ
のライトバルブと、前記ライトバルブからの出射光を受
け、赤、緑、青の色成分を合成する色合成光学手段と、
前記色合成光学手段からの光を受け、前記光学像をスク
リーン上に投写する投写レンズとを備え、前記ライトバ
ルブは画像形成中心を前記投写レンズの光軸に対して移
動して配置させ、前記投写レンズには前記ライトバルブ
の移動方向と平行な成分を持つ方向に、光軸に対して偏
心した絞りを備えたものである。
【0011】
【作用】本発明は、投写レンズの光軸に対して画像形成
中心を移動して配置したライトバルブに対応する2本の
投写レンズには、ライトバルブの移動方向と平行な成分
を持つ方向に、光軸に対して偏心した絞りを有する。偏
心した絞りがない状態で、投写レンズの各画角の主光線
が光軸と交差する面を主絞り面と呼ぶことにする。偏心
した絞りは投写レンズの光軸上の光束がけられないよう
に、主絞り面の近傍に配置する。3本の投写レンズによ
るそれぞれの投写画像の照度は(数1)によって求めら
れる。スクリーン上の任意の点に対する3本の投写レン
ズの画角ωが異なるため、cos4ωの変化により青、
緑、赤それぞれの投写画像の照度分布が異なる。
【0012】しかしながら、3本の投写レンズの開口効
率の制御により、cos4ωの変化を補正し、3本の投
写レンズの投写画像のスクリーン上の照度分布を同一に
できる。投写レンズの開口効率は光束を制限する絞りに
より制御することができる。偏心した絞りは3本の投写
レンズの中でスクリーン上の任意の点に対して画角が小
さくなる投写レンズには開口効率を低くして光束が減少
するようにする。また、画角が大きくなる投写レンズに
対しては開口効率を高くして光束が増加するようにでき
る。この場合、投写レンズのF数は投写光学系に必要な
F数より小さくしておく必要がある。このようにして、
投写レンズの主絞り面の近傍に偏心した絞りを配置する
ことにより、3本の投写レンズの画角が異なることによ
る青、緑、赤のスクリーン上の照度分布を同一にするこ
とができる。
【0013】
【実施例】以下本発明の実施例における投写型表示装置
について図面を参照しながら説明する。
【0014】(図1)は本発明の第1の実施例における
投写型表示装置の構成を示したもので、ライトバルブと
して液晶パネルを用いている。20はランプ、21は凹
面鏡、22はランプ20と凹面鏡21から構成される光
源、23は紫外線・赤外線カットフィルタ、24、2
5、26はそれぞれ青反射、緑反射、赤反射のダイクロ
イックミラー、27はダイクロイックミラー24、2
5、26から構成される色分離光学手段、28、29、
30はフィールドレンズ、31、33は偏光板、32は
各絵素毎にスイッチング素子を備えた液晶セル、34、
35、36は液晶セル32と偏光板31、33から構成
される液晶パネル、37、38、39は投写レンズ、4
0、41、42、43は絞り、44はスクリーンであ
る。
【0015】メタルハライドランプ、キセノンランプ、
ハロゲンランプ等のランプ20から放射される光は凹面
鏡21により、略平行光に変換される。光源22からの
略平行光は、紫外線・赤外線カットフィルタ23によ
り、前面に紫外線・赤外線が伝導しないようにした後、
色分離光学手段27に入射する。色分離光学手段27に
入射した光は、まず青反射のダイクロイックミラー24
により、青の色光は反射され、緑、赤を含む色光は透過
する。緑、赤を含む色光は緑反射のダイクロイックミラ
ー25に入射し、緑の色光が反射され、赤を含む色光は
透過する。赤を含む色光は赤反射のダイクロイックミラ
ー26により赤の色光を反射し、不要な色成分の光は透
過する。色分離光学手段27によって分離された青、
緑、赤の各色光は、それぞれフィールドレンズ28 、
29、30に入射する。フィールドレンズ28、29、
30は液晶パネル34、35、36の周辺部を透過する
光を投写レンズ37、38、39に入射させるためのも
のである。フィールドレンズ28、29、30からの出
射光は、同一平面上に配置した透過型の3つの液晶パネ
ル34、35、36に入射する。液晶パネル34、3
5、36はツイストネマチックモードの液晶セル32の
両側に偏光板31、33を直交ニコルに配置して構成さ
れる。液晶パネル34、35、36はアクティブマトリ
ックス方式であって、映像信号に応じて透過率の変化と
して光学像が形成される。液晶パネル34、35、36
で形成された光学像は、光軸を互いに平行に配置した3
本の投写レンズ37、38、39に入射し、絞り40、
41、42、43により光束が制限され、スクリーン4
4上に拡大投写される。青、緑、赤の投写画像はスクリ
ーン44上で合成される。スクリーン44上で3つの液
晶パネル34、35、36で形成される画像を合成する
ために、3つの液晶パネル34、35、36の中央部以
外の2枚の液晶パネル34、36をそれぞれ投写レンズ
37、39の光軸に対して画像形成中心を平行移動させ
て配置している。さらに、液晶パネル34、36の平面
上の位置と傾きを微動させて、青、緑、赤の投写画像を
スクリーン44上で重ね合せている。
【0016】投写レンズ37、39には主絞り40の他
に主絞り40よりもスクリーン44側にそれぞれ投写レ
ンズの光軸に対して、液晶パネル34、36の移動方向
と平行な成分をもつ方向に、それぞれ偏心した絞り4
1、43を配置している。液晶パネル34をx方向に移
動させている場合、偏心した絞り41は−x方向に偏心
させている。偏心した絞り41を主絞り40よりもスク
リーン44側に配置しているのは、投写レンズの画角ω
が大きくなるところには開口効率が大きくなるように
し、画角ωが小さくなるところには開口効率が小さくな
るようにできるためである。光源22から投写レンズ3
7、38、39までの光学系において、投写レンズ3
7、38、39の瞳上に形成される光源22の像の大き
さと投写レンズ37、38、39の瞳径が整合する実効
F数が4.0とすると、投写レンズ37、38、39の
F数は偏心した絞り41、43の偏心量に応じてF4.
0よりも小さくしておく必要がある。主絞り40は投写
レンズの光軸上の光束を制限し、実効F数を決めてい
る。偏心した絞り41、43および投写レンズ38の絞
り42は光軸外の光束を制限している。
【0017】(図2)に投写レンズ37の光軸上と光軸
外の光線追跡図を示す。主絞り面40よりスクリーン4
4側に、液晶パネル34の移動方向(x方向)と平行な
方向に偏心した円形の絞り41を配置している。液晶パ
ネル34を投写レンズ37の光軸に対して画像形成中心
を移動させるために点Pでの投写レンズの画角ωPは点
Qでの画角ωQより大きくなる。したがって、cos4ω
により点Pに対応するスクリーン上の照度は点Qに対応
する照度より低下する。そこで、点P、点Qにおける投
写レンズ37のそれぞれの開口効率KP、KQ
【0018】
【数2】
【0019】となるように、偏心した絞り41の大き
さ、偏心量を決めている。この場合、光軸上の光束が偏
心した絞り41により制限されないように主絞り40か
らz方向に離れた位置に配置する。同様にして、投写レ
ンズ39の偏心した絞り43の大きさ、偏心量を決めて
いる。(図2)の実線は投写レンズ37に偏心した絞り
41を配置した場合の点P、点Qを透過する光束を示
し、破線は偏心していない絞り42を配置した場合の光
束を示している。偏心した絞り41により投写レンズ3
7の画角ωが大きくなる点Pに対しては光束が増加し、
画角ωが小さくなる点Qに対しては光束が減少する。こ
のようにして、投写レンズ37、39の開口効率を制御
する偏心した絞り41、43を用いて画角が大きくなる
投写レンズに対しては光束を増加させ、画角が小さくな
る投写レンズに対しては光束を減少させることができ
る。
【0020】(図3)に青、赤の投写画像の照度を緑の
投写画像の照度で規格化した場合のスクリーン44上の
照度分布を示す。3本の投写レンズをx方向に配置して
いるので、スクリーン44上のx方向の分布を示してい
る。実線は投写レンズ37、39に偏心した絞り41、
43を配置させた場合であり、破線は偏心した絞り4
1、43がない場合の特性である。偏心した絞り41、
43がない場合は画面左部の方が青成分が強く、画面右
部では赤成分が強くなり色むらが生じていることがわか
る。それに比べて、偏心した絞り41、43を備えてい
る場合には画面左部、右部で均一になることがわかる。
このようにして、スクリーン上の任意の点に対して、3
本の投写レンズの画角ωが異なることにより、青、緑、
赤のそれぞれでスクリーン上の照度分布が変化すること
を、明るさを低下させることなく均一にすることがで
き、合成投写画像の色むらが改善される。また、投写レ
ンズ内に偏心した絞りを配置することは容易であり、光
量減衰フィルタ等の色むら補正手段よりも光学系が安価
に構成できる。
【0021】緑の投写画像に対して、青、赤の投写画像
の照度分布の違いを補正するために、1箇所の偏心した
絞りでは偏心量が大きくなり、投写レンズの光軸上の実
効F数の光束がけられるような場合には偏心した絞りを
2箇所に配置してもよい。(図4)は偏心した絞りを2
箇所に配置した投写レンズ46を示している。(図1)
は主絞り40のスクリーン側に偏心した絞り41、43
を配置していたが、主絞り40より液晶パネル側にも偏
心した絞り45を配置している。スクリーン44側に配
置した絞りの偏心させる方向が反対になる。偏心した絞
り45の大きさ、偏心量は1箇所に配置する場合と同様
な方法で決定できる。
【0022】(図1)、(図3)は主絞り40が投写レ
ンズの光軸に対して偏心していない場合に、主絞り40
の近傍にx方向に偏心した絞りを備える構成であった。
しかしながら、投写レンズの主絞りがy方向に偏心した
絞りをもつ場合には、主絞りの近傍にx、y方向成分を
もつ方向に偏心した絞りを配置する。(図5(a))は
主絞りが偏心した投写レンズの場合の光線追跡図であ
る。また、(図5(b))はスクリーン側から観察され
る投写レンズ47、48、49の瞳54上に絞りを図示
している。主絞りはy方向に偏心している。このため、
投写レンズ47、48、49のF数を(図1)、(図
3)の投写レンズよりさらに小さくしておく必要があ
る。主絞り50の近傍に配置するx、y方向成分をもつ
偏心した絞り51、53の形状は瞳状として、瞳形状の
一方から開口効率を制限する形となる。スクリーン上の
任意の点に対して3本の投写レンズ47、48、49に
よるそれぞれの光束が同一となるように、投写レンズの
開口効率を制限する偏心した絞り51、53の大きさ、
偏心量を決めている。
【0023】本発明の第2の実施例における投写型表示
装置について図面を参照しながら説明する。
【0024】(図6)は第2の本発明の投写型表示装置
の構成図である。(図6)の光源22、紫外線、熱線カ
ットフィルタ23、色分離光学手段63、フィールドレ
ンズ64、65、66、液晶パネル34、35、36は
(図1)と同様である。(図1)と異なるのは、ダイク
ロイックミラー67、68から構成される色合成光学手
段70を備えていることと、投写レンズ71を1本で構
成している点である。
【0025】光源22からの略平行光は、紫外線、赤外
線カットフィルタ23により、前面に紫外線・赤外線が
伝導しないようにした後、色分離光学手段63に入射す
る。色分離光学手段63に入射した光は、赤反射のダイ
クロイックミラー60、緑反射のダイクロイックミラー
61により青、緑、赤の色光に分離された後、それぞれ
フィールドレンズ64、65、66に入射する。フィー
ルドレンズ64、65、66から出射した光は液晶パネ
ル34、35、36に入射する。液晶パネル34、3
5、36の画像形成中心は垂直走査方向に、投写レンズ
71の光軸に対して平行移動させて配置される。液晶パ
ネル34、35、36には映像信号に応じて透過率の変
化として光学像が形成される。液晶パネル34、35、
36で形成された光学像は、緑反射のダイクロイックミ
ラー67、青反射のダイクロイックミラー68から構成
される色合成光学手段70により、青、緑、赤の各光学
像が合成され、投写レンズ71に入射する。投写レンズ
71には光軸上の光束を制限する主絞り72と、液晶パ
ネルの移動方向と平行な方向の成分をもつ方向に偏心し
た絞り73により光軸外光の光束を制限され、スクリー
ン(図示せず)上に拡大投写される。
【0026】液晶パネル34、35、36が最良なコン
トラスト比となる光線入射角は数度傾いている。このた
め、液晶パネル34、35、36の画像形成中心を透過
する光線が最適コントラスト比を得るように、液晶パネ
ル34、35、36を投写レンズ71の光軸に対して平
行移動して配置している。光源22の光軸は液晶パネル
の画像形成中心を透過する投写レンズの主光線と一致す
るようにしている。
【0027】液晶パネル34、35、36の画像形成中
心を投写レンズ71の光軸に対して移動して配置させる
と投写画像の画面上部と画面下部で投写レンズ71の画
角ωが異なり、(数1)のcos4ωの項により画面上
部と画面下部で照度むらを生じる。この画面上下の照度
むら補正するために、画面上下の画角ωの違いに応じて
開口効率を制御する。開口効率の制御は、主絞り72の
近傍でスクリーン側に、液晶パネル34、35、36の
移動方向と平行な成分をもつ方向に偏心した絞り73に
より制御できる。偏心した絞り73は画角ωが大きくな
る画面上部に対しては開口効率を高くして、画角ωが小
さくなる画面下部に対しては開口効率が小さくなるよう
作用する。このようにして、画面上下の画角ωの違いに
よる明るさむらを改善できる。
【0028】投写レンズ71の偏心した絞りは、(図
3)のように投写レンズの主絞り72より、スクリーン
側と液晶パネル側の2箇所に配置しても同様な効果を示
す。
【0029】液晶パネル34、35、36が水平走査方
向に画像形成中心を投写レンズの光軸に対して平行移動
させた場合にも、投写画像に明るさむらを生じる。この
場合についても、偏心した絞り73の形状、偏心量によ
り投写レンズ71の開口効率を制御して投写画像の明る
さむらを改善できる。
【0030】なお、上記実施例においては、ライトバル
ブに液晶パネルを用いた例を示したが、電気光学効果な
ど複屈折性、旋光性の変化として映像信号に応じた光学
像を形成するライトバルブを用いても同様の効果が発揮
される。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、投写レン
ズに偏心した絞りを備えることにより、スクリーン上の
任意の点に対して、3本の投写レンズの開口効率を制御
することができる。3本の投写レンズの開口効率の制御
は、それぞれの投写レンズの画角の違いによるスクリー
ン上の照度分布変化を補正することができる。このた
め、青、緑、赤の合成投写画像の色むらを非常に小さく
することができ非常に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における投写型表示装置
の構成図
【図2】投写レンズに偏心した絞りを備えた場合の光線
追跡図
【図3】投写レンズの2箇所に偏心した絞りを備えた場
合の光線追跡図
【図4】主絞りが偏心した投写レンズの場合の光線追跡
【図5】緑の投写画像で規格化した青、赤の投写画像の
スクリーン上の照度分布図
【図6】本発明の第2の実施例における投写型表示装置
【図7】従来の投写型表示装置の構成図
【図8】従来の投写型表示装置の青、緑、赤のスクリー
ン上のcos4ωによる照度分布図
【符号の説明】
20 ランプ 21 凹面鏡 22 光源 23 紫外線、熱線カットフィルタ 24、25、26、60、61、67、68 ダイクロ
イックミラー 27、63 色分離光学手段 28、29、30、64、65、66 フィールドレン
ズ 31、33 偏光板 32 液晶セル 34、35、36 液晶パネル 37、38、39、46、47、48、49、71 投
写レンズ 40、50、72 主絞り 41、43、45、51、53、73 偏心した絞り 42、52 絞り 44 スクリーン 54 投写レンズの瞳 62、69 ミラー 70 色合成光学手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−5082(JP,A) 特開 平4−81714(JP,A) 特開 平1−267612(JP,A) 特開 平5−249429(JP,A) 特開 平5−203903(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/13 505 G03B 33/10

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、前記光源からの白色光を青、緑、
    赤の色成分の光に分離する色分離光学手段と、前記色分
    離光学手段からの出射光を受け映像信号に応じた光学像
    が形成される3つのライトバルブと、前記ライトバルブ
    からの出射光を受け前記光学像をスクリーン上に投写す
    る3本の投写レンズとを備え、前記2つのライトバルブ
    は画像形成中心を前記投写レンズの光軸に対して移動し
    て配置され、前記2本の投写レンズは前記ライトバルブ
    の移動方向と平行な成分を持つ方向に、光軸に対して偏
    心した絞りを備えた投写型表示装置。
  2. 【請求項2】偏心した絞りは主光線が投写レンズの光軸
    と交差する主絞り面の近傍に配置され、前記主絞り面よ
    りもスクリーン側に配置されている請求項1記載の投写
    型表示装置。
  3. 【請求項3】2本の投写レンズは2箇所に偏心した絞り
    を備えた請求項1記載の投写型表示装置。
  4. 【請求項4】2箇所の偏心した絞りは主光線が投写レン
    ズの光軸と交差する主絞り面の近傍に配置され、それぞ
    れ前記主絞り面よりもスクリーン側とライトバルブ側に
    配置された請求項3記載の投写型表示装置。
  5. 【請求項5】光源と、前記光源からの白色光を青、緑、
    赤の色成分の光に分離する色分離光学手段と、前記色分
    離光学手段からの出射光を受け映像信号に応じた光学像
    が形成される3つのライトバルブと、前記ライトバルブ
    からの出射光を受け、赤、緑、青の色成分を合成する色
    合成光学手段と、前記色合成光学手段からの光を受け、
    前記光学像をスクリーン上に投写する投写レンズとを備
    え、前記ライトバルブは画像形成中心を前記投写レンズ
    の光軸に対して移動して配置させ、前記投写レンズは前
    記ライトバルブの移動方向と平行な成分を持つ方向に、
    光軸に対して偏心した絞りを備えた投写型表示装置。
  6. 【請求項6】偏心した絞りは主光線が投写レンズの光軸
    と交差する主絞り面よりスクリーン側に配置されている
    請求項5記載の投写型表示装置。
  7. 【請求項7】投写レンズは2箇所に偏心した絞りを備え
    た請求項5記載の投写型表示装置。
  8. 【請求項8】偏心している絞りは主光線が投写レンズの
    光軸と交差する面よりもスクリーン側とライトバルブ側
    に配置されている請求項7記載の投写型表示装置。
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