JP3339058B2 - 投写光学系および投写型表示装置 - Google Patents

投写光学系および投写型表示装置

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JP3339058B2 JP26202391A JP26202391A JP3339058B2 JP 3339058 B2 JP3339058 B2 JP 3339058B2 JP 26202391 A JP26202391 A JP 26202391A JP 26202391 A JP26202391 A JP 26202391A JP 3339058 B2 JP3339058 B2 JP 3339058B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光を変調するライトバ
ルブ上の画像をスクリーン上に拡大表示する投写光学
系、または投写型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、映像ソフトの供給環境が充実する
にしたがって、家庭でも容易に大画面映像を楽しむこと
のできる液晶プロジェクターが普及しはじめている。
【0003】この液晶プロジェクターを室内に設置する
形態としては、 1.キャビネット内に液晶プロジェクターと反射ミラー
を配してリアスクリーンに映像を表示する方法。
【0004】2.テーブルの下や床の上など比較的低い
場所に設置してフロントスクリーン上に投写表示する方
法。
【0005】3.天井につるしてフロントスクリーン上
に表示する方法。
【0006】4.スクリーンに対面した壁面に掛ける、
または壁面に設置された棚に置くことによってフロント
スクリーンに投写する方法。
【0007】などが代表的である。設置方法の例を、図
1に示す。
【0008】液晶プロジェクターの基本原理は、図2
(a)に示すように、液晶パネル23の映像を投写レン
ズ24によってスクリーン14上に拡大表示するという
ものである。構成上の基本としては、スクリーン14上
での画像に台形歪が生じないように、常に液晶パネル2
3面の法線方向と投写レンズ24の光軸方向を一致させ
る。また、投写レンズ24の光軸と液晶パネル23の中
心法線とのずれは、液晶プロジェクター本体とスクリー
ンの位置関係によって決められ、スクリーン14の中心
と投写レンズ24の中心と液晶パネル23の中心がほぼ
一直線上に位置するように設定される。従って例えば、
上記の1や4の方法のように、投写レンズ24の光軸と
スクリーン14の中心軸がほぼ一致するような関係にあ
るときには、図2(a)のように投写レンズ24の光軸
と液晶パネル23の中心軸がほぼ一致するように配置さ
れる。また、上記2の方法のように画像を上方に投写す
る場合の構成は、図2(b)に示すようになる。
【0009】図2(a)または図2(b)における集光
レンズ22は光源装置21からのほぼ平行な光束を投写
レンズ24に効率よく集光するためのものである。投写
レンズ24の光軸と液晶パネル23面の中心軸がどのよ
うな位置関係にあるときでも、投写レンズ24の光軸と
集光レンズ22の光軸が一致するように設計されるの
で、光束のほとんど全てが投写レンズに集光する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来の液晶プロジェク
ターでは、本体の設置状態を予め想定して、投写レンズ
と液晶パネルの位置関係が固定されていた。従って例え
ばスクリーンの中心軸に近いところに設置するよう設定
された液晶プロジェクターを床に置いて使用しようとす
ると、装置を斜めにして投写せざるを得ないのでスクリ
ーン上の画像に台形歪が生じてしまい、また画面全体で
フォーカスを合わせる事ができない。このように従来技
術では、設置高さを変えると画質が著しく劣化するとい
う問題点があった。
【0011】そこで本発明による投写光学系または投写
型表示装置は、このような問題点を解決するためのもの
で、その目的とするところは、どのような設置状態にお
いても、スクリーン上の映像に歪や画質劣化を生じるこ
とのない投写光学系または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】本発明の投写光学系は、
光源装置と、前記光源装置からの光束を変調する変調装
置と、前記変調装置によって変調された光束を投写する
投写レンズとを有する投写光学系において、前記光源装
置と前記変調装置との間には、前記光源装置からの光束
を集光する集光レンズが配置され、前記光源装置と前記
変調装置とは、相対的な位置関係を保ちながら、固定さ
れてなり、前記集光レンズと前記投写レンズとは、相対
的な位置関係を保ちながら、前記変調装置の面に平行か
つ同じ方向に移動可能であることを特徴とする。
【0013】本発明の投写型表示装置は、光源装置と、
前記光源装置からの光束を複数色の光束に分離する色分
離光学系と、前記色分離光学系によって分離された光束
のそれぞれを変調する複数の変調装置と、前記変調装置
によって変調された光束を合成する色合成光学系と、前
記色合成光学系によって合成された光束を投写する投写
レンズとを有する投写型表示装置において、前記光源装
置と前記複数の変調装置のそれぞれとの間には、前記光
源装置からの光束を集光する複数の集光レンズが配置さ
れ、前記光源装置と前記変調装置とは、相対的な位置関
係を保ちながら、固定されてなり、前記複数の集光レン
ズと前記投写レンズとは、相対的な位置関係を保ちなが
ら、前記変調装置の面に平行かつ同じ方向に移動可能で
あることを特徴とする投写型表示装置。
【0014】
【0015】
【0016】
【実施例】以下、本発明の投写光学系と投写型表示装置
について、図面に基づき詳しく説明する。
【0017】本発明における投写光学系の基本構成を、
図3(a)に示す。光源装置21は、例えばハロゲンラ
ンプのような点に近い光源からの光束を放物面反射鏡に
よって平行化して射出するものである。この光束は、図
2(a)または図2(b)の従来例と同様に、集光レン
ズ22を通ってスライドフィルムや液晶パネルの様なラ
イトバルブ31によって変調され、投写レンズ24にほ
ぼ集光して、スクリーン14上に投写表示される。集光
レンズ22の焦点距離は投写レンズ24と集光レンズ2
2間の距離にほぼ等しい。
【0018】投写レンズ24と集光レンズ22は、それ
ぞれの光軸が一致しており、お互いの位置関係が固定さ
れたままライトバルブ31面に平行にシフトさせること
ができる。投写レンズ24と集光レンズ22を上方に移
動させると、投写画像を投写光学系の高さよりも上に位
置させることができ、この場合の配置を図3(b)に示
す。このときも、投写レンズ24の光軸と集光レンズ2
2の光軸は一致しているので、光源装置21から射出さ
れたほぼ平行な光束は、投写レンズ24に効率よく集光
する。また、投写レンズ24の光軸方向と液晶パネル3
1面の法線方向は常に一致しているのでスクリーン14
上の画像はほとんど歪を生じない。逆に画像を下方に投
写するには、投写レンズ24と集光レンズ22を下方に
移動させればよい。投写画像の移動範囲をさらに大きく
するには、集光レンズ22を大きくするとよい。
【0019】本例においては、集光レンズ22が光源装
置21とライトバルブ31の間に配設されているが、ラ
イトバルブ31と投写レンズ24の間にライトバルブ3
1に近接して設けてもよい。そのような配置では、集光
レンズ22がどの位置にあっても、ライトバルブ31に
入射する光束の入射角度を一定とすることができる。従
って、ライトバルブ31が、例えばTNモードの液晶パ
ネルのように、角度依存性の大きなものの場合に有効な
方法である。ただし、この場合投写レンズ24は、集光
レンズ22による画像の歪を考慮して、すなわち両レン
ズが投写レンズ全体であると考えて設計する必要があ
る。
【0020】上記の投写光学系は、スライドプロジェク
ターや投影機など、変調された光束を拡大投写するもの
一般に応用可能である。スクリーンと投写器の位置関係
が適切でないような設置状態においても、投写レンズと
集光レンズの位置を調整するだけでスクリーン上に正確
に位置合わせをすることが可能であり、非常に便利であ
る。
【0021】次に上記の投写光学系を、投写型表示装置
に応用した例について説明する。
【0022】図4は、本発明による第1の投写型表示装
置の実施例を示す構成平面図である。光源装置21は、
一般にはキセノンランプやメタルハライドランプなどの
点光源性のよい光源ランプと、光源ランプからの放射光
束を平行化するための反射鏡やレンズによって構成され
る。この光源装置21を出たほぼ平行な光束ははじめに
コールドミラー41によって液晶パネル46r,46
g,46bに悪影響を及ぼす赤外線と紫外線がカットさ
れ、可視光のみが反射される。この白色光束は、緑色反
射ダイクロイックミラー42と赤色反射ダイクロイック
ミラー43によって、三原色光に分解される。それぞれ
の原色光は次に集光レンズ45に入射し、各光束全てが
投写レンズ24に集光される方向に曲げられる。曲げら
れた光束は液晶パネル46r,46g,46bに入射し
て変調され、映像情報を含む光束となる。それぞれの光
束は、次に赤色反射ダイクロイックミラー43と赤色緑
色反射ダイクロイックミラー47によって合成され、投
写レンズ24を経てスクリーン上に表示される。
【0023】図4における投写型表示装置は、光学系を
上から見た構成であり、一体化された3枚のレンズから
なる集光レンズ45と投射レンズ24は、それぞれ小型
モーター48を用いて上下にスライドさせることが可能
である。このときスクリーン上の画像も上下にシフトす
るので、スクリーンへの位置合わせが非常に容易であ
る。
【0024】本光学系では、集光レンズ45のシフト方
向が合成光学系のダイクロイックミラー面の法線方向に
垂直である。そのような構成関係では、光束の進行方向
の変化に対して、光束のダイクロイックミラー面への入
射角はほとんど変化せず、すなわちダイクロイックミラ
ーの色選択特性の角度依存性の影響を受けにくく、投射
画像の色調変化がほとんどないので、非常に好適である
といえる。投射レンズ24と集光レンズ45を左右に動
かして、投射画像も左右にシフトさせることも可能であ
るが、スペース的に集光レンズ45を左右に動かしにく
いことと、光束のダイクロイックミラーへの入射角が変
化しやすく、表示画像に色むらや色調の変化を生じやす
いことなどを考えると、あまり好ましいとは言えない。
【0025】スクリーン上の画像を左右にシフトさせた
い場合には、図4の光学系を垂直にして使用すればよ
い。集光レンズ45のスライド方向は水平方向となるの
で、シフト量に従って画像は水平に移動する。
【0026】液晶パネルのモードとしては、TN(Tw
isted Nematic)モードやPDLC(Po
lymer Dispersed LiquidCry
stal)モードなどが考えられる。TNモードでは、
液晶パネルへの光線の入射角度によってコントラスト比
が変化しやすいが、PDLCでは、コントラスト比の角
度依存性はほとんどない。従って本発明による投写型表
示装置のような、液晶パネルへの光束の入射角度が変化
するような場合には、PDLCが最適なモードであると
言える。
【0027】TNモードのような、コントラスト比の角
度依存性の大きいモードを用いるときは、前にも述べた
ように集光レンズ45を液晶パネル46r,46g,4
6bの投写レンズ24側に配するとよい。このとき、液
晶パネル46r,46g,46bに入射する光束の方向
は常に一定であるため、コントラスト比は最大の状態を
保つことができる。この場合、投写レンズ24と、投写
レンズ24側の赤色反射ダイクロイックミラー43,赤
色緑色反射ダイクロイックミラー47,ミラー44と、
集光レンズ45とを一体化して上下させるとよい。そう
することにより色合成側のダイクロイックミラーでは、
各部分に入射する光束の入射角度が変化しなくなるの
で、予め入射角度を考慮して色選択特性を設計すること
ができる。図5は本発明による第2の投射型表示装置に
使用される液晶パネルの原理を示す図である。
【0028】液晶パネル51は、表示に必要な画素数以
上の表示可能領域52を有しており、表示領域53は、
表示可能領域52内において上下あるいは左右にシフト
させることができる。この液晶パネル51を用いて図2
(a)に示したような投写光学系を構成すると、表示領
域53を動かした方向とは反対方向に表示画面が移動
し、表示位置が可変となる。
【0029】図5で示した例は、表示可能領域52をほ
ぼ正方形としたもので、表示領域は任意に選ぶことがで
きる。例えば横方向をいっぱいに使用して、ハイビジョ
ン対応の9:16画面や従来の3:4画面が表示可能で
あり、このとき上下には非表示領域ができるので、その
ぶん表示領域53を上下にシフトさせる事ができる。こ
の方式では、容易に様々な映像ソフトに対応可能であ
り、容易に様々な設置状況に対応することができる。
【0030】図6は、上記2方式の投写型表示装置を壁
掛け可能とした場合の実施例を示す図である。投写型表
示装置61は投写レンズ62を上向きにして、壁面64
に設置される。投写レンズ62の上部には、出射光束を
ほぼ45度の方向に反射するような反射ミラー63が取
り付けられている。壁面のどの高さに取り付けたとして
も、スクリーンへの位置合わせは、投写レンズ62と集
光レンズのスライドによって容易である。この反射ミラ
ー63は取り外し可能であるので、図1で示されたよう
な設置方式を含めて多様な使用方法が可能である。
【0031】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて述べてきたよう
に、本発明による投写光学系または投写型表示装置で
は、以下に述べるような効果がある。
【0032】投写画像を、台形歪や光量低下や色むらの
発生など、表示品質の劣化を生じることなく上下に移動
させる事が可能であるため、投写型表示装置の設定高さ
が限定されることがなく、多様な設置方法に対応でき
る。
【0033】また、スクリーン上での映像位置の微調整
が非常に簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図1】投写型表示装置の様々な設置方法を示す図。
【図2】(a)従来の投写光学系の構成を示す図。 (b)従来のあおりを有する投写光学系の構成を示す
図。
【図3】(a)本発明による投写光学系の基本構成を示
す図。 (b)本発明による投写光学系であおりを有する構成と
した場合を示す図。
【図4】本発明による第1の投写型表示装置の構成を示
す図。
【図5】本発明による第2の投写型表示装置の原理を説
明するための図。
【図6】本発明による投写型表示装置の実施例を示す
図。
【符号の説明】
11 天吊り方式 12 棚置き方式 13 床置き方式 14 スクリーン 21 光源装置 22 集光レンズ 23 液晶パネル 24 投写レンズ 25 投写レンズと集光レンズの光軸 26 液晶パネルの中心軸 31 ライトバルブ 41 コールドミラー 42 緑色反射ダイクロイックミラー 43 赤反射ダイクロイックミラー 44 ミラー 45 集光レンズ 46r 赤色用液晶パネル 46g 緑色用液晶パネル 46b 青色用液晶パネル 47 赤色緑色反射ダイクロイックミラー 48 小型モーター 51 液晶パネル 52 表示可能領域 53 表示領域 61 投写型表示装置 62 投写レンズ 63 反射ミラー 64 壁面

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源装置と、前記光源装置からの光束を
    変調する変調装置と、前記変調装置によって変調された
    光束を投写する投写レンズとを有する投写光学系におい
    て、 前記光源装置と前記変調装置との間には、前記光源装置
    からの光束を集光する集光レンズが配置され、 前記光源装置と前記変調装置とは、相対的な位置関係を
    保ちながら、固定されてなり、 前記集光レンズと前記投写レンズとは、相対的な位置関
    係を保ちながら、前記変調装置の面に平行かつ同じ方向
    に移動可能であることを特徴とする投写光学系。
  2. 【請求項2】 光源装置と、前記光源装置からの光束を
    複数色の光束に分離する色分離光学系と、前記色分離光
    学系によって分離された光束のそれぞれを変調する複数
    の変調装置と、前記変調装置によって変調された光束を
    合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって合
    成された光束を投写する投写レンズとを有する投写型表
    示装置において、 前記光源装置と前記複数の変調装置のそれぞれとの間に
    は、前記光源装置からの光束を集光する複数の集光レン
    ズが配置され、 前記光源装置と前記変調装置とは、相対的な位置関係を
    保ちながら、固定されてなり、 前記複数の集光レンズと前記投写レンズとは、相対的な
    位置関係を保ちながら、前記変調装置の面に平行かつ同
    じ方向に移動可能であることを特徴とする投写型表示装
    置。
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